A possibilidade do multiverso

Será o nosso Universo só um entre uma multidão de outros, todos parte de um multiverso eterno?

É bom começar explicando esse título que, sem dúvida, deve parecer estranho aos não especialistas.
A ideia é que nosso Universo (com "U" maiúsculo) é só um entre uma multidão de outros universos, todos parte de um multiverso que pode ter existido por toda a eternidade.

Com isso, o que chamamos de Big Bang seria apenas o evento que marcou o início da nossa narrativa cósmica. Outros universos teriam os seus big bangs e as suas histórias.

Existem vários tipo de multiverso, mas todos têm essa característica em comum, de serem genitores de universos. Por exemplo, algumas teorias sugerem que as leis da natureza podem variar de região a região no multiverso. Nesse caso, diferentes universos poderiam ter diferentes leis da física. No momento, essas teorias são mais metafísicas do que físicas.

Em outras teorias, os diferentes universos têm as mesmas leis, mas as constantes da natureza (a massa e a carga do elétron, a massa do próton, a constante que determina a intensidade da força da gravidade etc.) é que variam.

Esta última hipótese vem da teoria de supercordas, a tentativa de construir uma teoria de todas as forças da natureza (são quatro ao todo), a chamada "Teoria de Tudo".

No momento, não temos qualquer indicação de que o multiverso possa existir. Ou, se existir, se poderemos determinar sua existência. É possível que exista apenas o nosso Universo e ponto final. Porém, se for este o caso, temos o problema de explicar por que esse Universo e não outro. Especialmente se levarmos as previsões da teoria de supercordas a sério e concluirmos que o multiverso é inevitável e que um número enorme de universos existe, cada qual com suas constantes físicas e, portanto, com uma física diferente.
Universos como o nosso são comuns entre eles ou raros? Como determinar isso?

Uma resposta óbvia é que, se nosso Universo não existisse, não estaríamos aqui nos perguntando sobre sua existência. Ele existe e pronto. Mas essa resposta não é muito satisfatória, pois estamos programados para buscar explicações finais, narrativas que justifiquem o começo, o meio e o fim de uma história.

É difícil imaginar algo que não tenha tido um início, como o temos nós e todas as formas de vida. Mais difícil ainda é imaginar que algo possa surgir sem uma causa inicial.

A existência ou não do multiverso, para que seja uma questão científica e não filosófica ou teológica, precisa ser determinada experimentalmente, por alguma observação.

No momento, existem tentativas de fazer isso, estudando o efeito sobre dois universos vizinhos que tivessem sofrido uma colisão no passado. Infelizmente, esses modelos ainda são bem simples, e está faltando muita coisa.

Um dos problemas que a ciência enfrenta com esse debate é a questão do infinito. Se teorias afirmam que o multiverso existiu e existirá para sempre, como comprovar isso? Mesmo com o nosso Universo e seu futuro: para determinar se ele existirá para sempre, precisaríamos de um experimento que durasse também para sempre.

A crise aqui vem da colisão entre conceitos como o infinito e as limitações concretas da passagem do tempo da qual a ciência, enquanto obra humana, prescinde.

O tempo, a Terra e a Lua

Um dia, a Lua ficará posicionada sobre o mesmo ponto do nosso planeta, como fazem certos satélites

 A Lua, segundo as teorias mais recentes, veio da Terra, arrancada por uma colisão cataclísmica com um planetoide do tamanho de Marte. Isso ocorreu na infância do Sistema Solar, uns 4,5 bilhões de anos atrás. Para quem aprecia referências bíblicas, a Lua é como Eva, nascida da costela de Adão, no caso, a Terra.
A matéria que foi assim arrancada acabou por se dispersar em torno da Terra e, aos poucos, foi se reaglutinando em um único corpo celeste, fadado a girar em torno de seu astro criador pela inexorável ação da gravidade.

 Com isso, Terra e Lua têm suas dinâmicas interligadas desde a sua origem. Como a Lua veio da Terra, sua distância até nós já foi bem menor. Se hoje a Lua ocupa não mais do que uma área equivalente a uma unha no céu (em torno de meio grau), ela já foi bem mais visível.

 Essa proximidade, devido ao fato de a força da gravidade cair com o quadrado da distância, significa que, no passado, a influência da Lua sobre a Terra, e a da Terra sobre a Lua, era muito maior.

Hoje, o efeito mais óbvio dessa atração são as marés, duas altas e duas baixas por dia. Fazendo as contas, a força das marés varia com o cubo da distância, sendo ainda mais sensível a ela do que a atração gravitacional. Portanto, no passado, as marés eram mais dramáticas do que são hoje.

A intensidade era tal que oceanos podiam se elevar por centenas de metros, e a própria crosta terrestre pulsava, variando em altitude por dezenas de metros, como se fosse feita de massa de modelar. Aos poucos, a Lua foi se afastando da Terra, como continua a fazê-lo, numa taxa de 4 cm ao ano. Isso significa que o efeito de maré diminui com o tempo. E os dias vão se tornando cada vez mais longos.

Muita gente me pergunta se o tempo anda passando mais rápido do que antigamente. A resposta é não; um minuto continua sendo um minuto, já que a definição de minuto não mudou. O que muda sempre é a duração do dia, mesmo que de modo imperceptível para nós. Estimativas atuais afirmam que a duração de um dia, uma revolução completa da Terra em torno de si mesma, aumenta 1,7 microssegundos por século. Com esse passo de tartaruga, meio bilhão de anos atrás o dia durava um pouco mais de 22 horas, e um ano tinha 397 dias.

Esse efeito vem, também, das marés. A Lua, que hoje nos mostra sempre a mesma face, já girou de maneira diferente. No futuro longínquo, com a desaceleração contínua da rotação da Terra, o dia durará 47 horas, e a distância até a Lua será 43% maior do que é hoje.

A essa altura, a Terra girará em torno de seu eixo com o mesmo período no qual a Lua girará em torno da Terra. A Lua estará sempre sobre o mesmo ponto do nosso planeta, como hoje o fazem os satélites geossíncronos. Será um futuro estranho, muito diferente de hoje, quando a Lua ainda é generosa com todos na Terra. Mas isso só ocorrerá dentro de bilhões de anos.

Pensando sobre esses efeitos, vemos como tanto em nossas vidas é produto de convenções que, mesmo se tomadas como permanentes, não o são. Tudo vem da nossa percepção da passagem do tempo, a qual, numa vida de apenas uma centena de anos, é cega aos percalços lentos da dança dos astros.

Sonhos de viagens à Lua

 A exploração do espaço é a área da ciência em que é mais clara a sua dívida em relação à ficção 

 A morte recente de Neil Armstrong, o intrépido astronauta americano cuja principal distinção foi ter sido o primeiro humano a pisar na Lua, inevitavelmente me levou ao dia 20 de julho de 1969, quando, com os olhos incrédulos grudados na TV, assisti com meus primos a um feito que mais parecia ficção do que realidade.

 O poder transformador da imagem de um ser humano saltitando pelo solo lunar foi tal que, mesmo para um menino carioca de 10 anos, a vida jamais seria a mesma. Explorar a Lua adquiriu um significado mítico: o primeiro passo para a conquista do espaço e a emancipação cósmica da humanidade.

 Sabendo das dificuldades de virar astronauta no Brasil, optei por aprender sobre a ciência do espaço, devidamente complementada por obras de ficção tratando da exploração imaginária do nosso satélite natural. Afinal, como disse o pioneiro da exploração espacial Robert H. Goddard, "é difícil dizer o que é impossível, pois o sonho de ontem é a esperança de hoje e a realidade de amanhã". A exploração do espaço é, sem dúvida, a área da ciência em que é mais clara a sua dívida em relação à ficção.

 Lendo alguns dos primeiros relatos imaginários de viagens à Lua, vemos quão alto a imaginação humana voa quando livre de dados, e quão difícil é transformar imaginação em realidade. Sonhar em ir à Lua e chegar lá são duas coisas muito diferentes, aspectos complementares da nossa humanidade, como sonhadores e inventores. Toda invenção começa com um sonho.

 A primeira narrativa conhecida de viagem à Lua foi escrita pelo satirista Luciano (125 d.C.). Em uma obra que inspirou muitos de seus sucessores ilustres, como Kepler, Cyrano de Bergerac, Jonathan Swift e Voltaire, Luciano conta como, na companhia de outros 50 exploradores, saiu pelos oceanos para ver onde terminavam. Um dia, "um vento violento soprou o navio pelos ares até grande altitudes, mantendo-nos suspensos por sete dias e noites, até que, no oitavo, demos numa terra, uma ilha redonda, brilhante e plena de luz".

 Uma vez na Lua, os exploradores enfrentam inúmeras confusões, incluindo uma guerra contra o reino do Sol e suas criaturas que, numa tradição que Luciano atribui a Homero em sua obra "Odisseia", eram extremamente bizarras. Ao que parece, a guerra é uma condição inescapável de criaturas semelhantes aos homens, espécie de enfermidade incurável. Como escreveu Luciano, "podemos bem dizer que a guerra é a geradora de todas as coisas".

 Pergunto-me o que o heroico Neil Armstrong, famosamente discreto e recluso, pensava de fantasias como a de Luciano. Embora se dissesse "um engenheiro nerd de meias brancas e cheio de canetas no bolso da camisa", ocasionalmente demonstrava grande inspiração: "Olhando para o passado, fomos mesmo muito privilegiados de ter vivido numa breve parcela da história em que mudamos como o homem olha a si mesmo, o que poderá vir a ser e os lugares aonde irá".

 Para este garoto já crescido, Armstrong continuará sendo um raio de luz num mundo que tanto necessita de heróis como ele. E, para mostrar como levo a complementaridade entre ciência e literatura a sério, um de meus filhos se chama Lucia

Ciência, fé e extrapolação

 A crença de Newton na gravidade era tão grande que o levou a especular sobre a dimensão do Cosmo 

 Será que podemos compreender o mundo sem ter alguma espécie de crença? Essa não só é uma das questões centrais da dicotomia entre a ciência e a fé como também influencia de que modo um indivíduo se relaciona com o mundo.

 Se contrastarmos explicações míticas e científicas da realidade, podemos dizer que mitos religiosos procuram explicar o desconhecido com o "desconhecível", enquanto que a ciência procura explicar o desconhecido com o "conhecível".

 A tensão vem da crença de que duas realidades independentes existem em pé de igualdade; uma que pertence a este mundo (e que é, portanto, "conhecível"), e outra fora dele (e que é, portanto, "desconhecível" ou inescrutável).

 Tanto o cientista quanto o crente acreditam, se bem que a crença de cada um é bem diferente. A do cientista se manifesta de forma clara quando faz uma extrapolação de uma teoria ou modelo além de seus limites testados.

 Por exemplo, ao afirmar que "a gravidade atua da mesma forma em todo o Universo", ou "a teoria da evolução por seleção natural se aplica a todas as formas de vida, inclusive as extraterrestres", não sabemos se essas extrapolações são verdadeiras. Mas, dado o sucesso das teorias em que se baseiam, vale a pena apostar nelas. Testes futuros confirmarão (ou não) a veracidade da extrapolação.

 Sem esse tipo de fé no poder da extrapolação, a ciência não avançaria. Eis um exemplo. A teoria da gravitação universal de Newton, explicada no Livro 3 do seu monumental "Princípios Matemáticos da Filosofia Natural", deveria ter sido chamada de "teoria da gravitação do Sistema Solar", já que, no século 17, não havia como testá-la.

 Porém, Newton foi em frente e supôs que a força da gravidade-proporcional à massa dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado de sua distância- funcionaria em todo o Cosmo: "Se foi estabelecido que todo corpo na vizinhança da Terra gravita em direção à ela em proporção à sua matéria, teremos de concluir que todos os corpos exercem gravitação mútua".

 Mais tarde, em carta datada de 10 de dezembro de 1692 e endereçada a Richard Bentley, teólogo de Cambridge, Newton usa a mesma extrapolação para argumentar que o Universo deve ser infinito.

 Se a gravidade atuasse sobre um Universo finito, pensou Bentley, não causaria o colapso de toda a matéria no seu centro? Newton concordou que esse seria o destino da matéria num universo finito.

 Porém, sugeriu, "se a matéria estiver distribuída de forma homogênea em um Universo infinito, não colapsaria em uma única massa; um pouco de matéria se aglomeraria em um lugar, um pouco mais em outro, constituindo um número infinito de grandes massas, espalhadas pelas distâncias do espaço".

 A crença de Newton na natureza universal da gravidade era tão forte que o levou a especular com confiança sobre a extensão espacial do Cosmo. Einstein fez algo semelhante, mas temos de deixar essa história para outra semana.

 Para avançar em suas teorias, o cientista precisa ter a coragem de arriscar e de estar errado. Só quando nos atrevemos a arriscar e errar é que podemos, talvez, enxergar um pouco mais longe do que os outros.

Cem anos de mistério

 Raios cósmicos afetam de viagens espaciais à memória de computadores, mas sua origem ainda é controversa 

 Neste mês, físicos celebram o centenário da descoberta dos raios cósmicos, esses chuveiros de partículas vindas do espaço. Apesar de hoje conhecermos bem sua natureza e composição, muitas perguntas permanecem em aberto, especialmente com relação aos raios cósmicos ultraenergéticos.

 Que processo natural é capaz de acelerar partículas a energias milhões de vezes maiores do que as atingidas no colisor de partículas do Cern, onde foi descoberto o bóson de Higgs?

 Apesar do nome, raios cósmicos têm uma importância prática, já que produzem 13% da radioatividade natural a que somos expostos. Tripulações de aviões recebem o dobro dessa radiação, e astronautas mais ainda. Aliás, raios cósmicos são um dos fatores que complicam viagens espaciais mais longas, como a ida de humanos a Marte.

 Também interferem no funcionamento de computadores, causando erros de armazenamento de dados. Num estudo de 1990, cientistas da IBM estimaram que raios cósmicos induzem um erro para cada 256 megabytes de RAM por mês.

 Em agosto de 1912, o físico austríaco Victor Hess subiu num balão até 5,3 km medindo o fluxo de partículas vindas do céu. A expectativa era de que o fluxo diminuiria com a altitude, exatamente o oposto do que Hess descobriu. A conclusão era clara: as partículas vinham do espaço.

 Nas décadas seguintes, a composição dos raios cósmicos foi decifrada: 90% são prótons; 9% são núcleos dos átomos de hélio, as partículas alfa; 1% são elétrons. Uma pequena fração deles vem de núcleos atômicos forjados meros minutos após o Big Bang. Quando essas partículas se chocam com moléculas da atmosfera, a transformação de sua energia de movimento em matéria, segundo a fórmula E=mc2, cria uma reação em cadeia, um "chuveiro" de partículas.

 A maioria dos raios cósmicos vem do Sol. Mas o mecanismo que gera os mais energéticos ainda é desconhecido. Certamente são criados em eventos astrofísicos dramáticos. Dos vários candidatos, dois têm destaque: buracos negros gigantes que existem no centro de galáxias ou explosões de raios gama, os eventos cósmicos mais energéticos que conhecemos, provavelmente causados quando uma estrela colapsa e vira uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, ou quando duas estrelas de nêutrons colidem.

 Um experimento recente da Universidade de Wisconsin, nos EUA, chamado de IceCube, apresentou evidências contra a hipótese de as explosões de raios gama serem responsáveis pelos raios cósmicos ultraenergéticos. A teoria prevê que raios gama e muitos neutrinos são gerados quando estrelas explodem e viram supernovas. Mas o IceCube não detectou sequer um neutrino vindo dessas explosões, o que torna difícil entender de onde vêm as partículas dos raios cósmicos.

 Por outro lado, o Observatório Pierre Auger, onde trabalham vários brasileiros, viu forte correlação entre núcleos de galáxias ativos -onde há buracos negros gigantes- e raios cósmicos ultraenergéticos. Mas o debate ainda contiua.

 Qualquer que seja a explicação, tais raios são uma ponte entre nós e os confins do espaço, reforçando nossa profunda relação com as grandes escalas do Cosmos.

Aristóteles e Higgs: uma parábola

A ciência não é infalível, mas é o melhor método que temos para aprender como o mundo funciona 

 ARISTÓTELES E Peter Higgs entram num bar. Higgs, como sempre, pede o seu uísque de puro malte. Aristóteles, fiel às suas raízes, fica com um copo de vinho.

 "Então, ouvi dizer que finalmente encontraram", diz Aristóteles, animado. "É, demorou, mas parece que sim", responde Higgs, todo sorridente. "Você acha que 40 anos é muito tempo? Eu esperei 23 séculos!" "Como é?", pergunta Higgs, atônito. "Você não acha que..."

 "Claro que acho!", corta Aristóteles. "Você chama de campo, eu de éter. No final dá no mesmo, não?"

 "De jeito nenhum!", responde Higgs, furioso. "O seu éter é inventado. Eu calculei, entende? Fiz previsões concretas."

 "Vocês cientistas e suas previsões...", diz Aristóteles. "Basta ter imaginação e um bom olho. Você não acha que o meu éter é uma excelente explicação para o que ocorre nos céus?"

 "Talvez tenha sido há 2.000 anos. Mas tudo mudou após Galileu e Kepler", diz Higgs.

 Aristóteles olha para Higgs com desprezo. "Você está se referindo a esse 'método' de vocês, certo?"

 "O método científico, para ser preciso", responde Higgs, orgulhoso. "É a noção de que uma hipótese precisa ser validada por experimentos para que seja aceita como explicação significativa de como funciona o mundo."

 "Significativa? A minha filosofia foi muito mais significativa para mais gente e por muito mais tempo do que sua ciência e o seu método."

 "É verdade, Aristóteles, suas ideias inspiraram muita gente por muitos séculos. Mas ser significativo não significa estar correto."

 "E como você sabe o que é certo ou errado?", rebate Aristóteles. "O que você acha que está certo hoje pode ser considerado errado amanhã." "Tem razão, a ciência não é infalível. Mas é o melhor método que temos para aprender como o mundo funciona", responde Higgs.

 "Nos meus tempos bastava ser convincente", reflete Aristóteles com nostalgia. "Se tinha um bom argumento e sabia defendê-lo, dava tudo certo", continuou. "As pessoas acreditavam em você, mas não era fácil. A competição era intensa!" "Posso imaginar", responde Higgs. "Ainda é difícil. A diferença é que argumentos não são suficientes. Ideias têm que ser testadas. Por isso a descoberta do bóson de Higgs é tão importante."

 "É, pode ser. Mas no fundo é só um outro éter", provoca Aristóteles.

 "Um éter bem diferente do seu", responde Higgs. "E por quê?", pergunta Aristóteles. "Pra começar, o campo de Higgs interage com a matéria comum. O seu éter não interage com nada."

 "Claro que não! Era perfeito e eterno", diz Aristóteles.

 "Nada é eterno", rebate Higgs.

 "Pelo seu método, a menos que você tenha um experimento que dure uma eternidade, é impossível provar isso!", afirma Aristóteles.

 "Touché, você me pegou", admite Higgs. "Não podemos saber tudo." "Exato", diz Aristóteles. "E é aí que fica divertido, quando a certeza acaba." "Parabéns pela descoberta do seu éter", diz Aristóteles.

 "Existem muitos tipos de éter", afirma Higgs. "E muitos tipos de bósons de Higgs", retruca Aristóteles.

 "É, vamos ter que continuar a busca." "E o que há de melhor?", completa Aristóteles, tomando um gole.

Ciência e inovação no Brasil

O país tem de realizar um enorme esforço para avançar na geração e na utilização do conhecimento

RECENTEMENTE, ESTIVE em Brasília, a convite da Comissão de Ciência, Tecnologia, Inovação, Comunicação e Informática do Senado. O objetivo foi participar do seminário "Caminhos para a Inovação", uma atividade da ENCTI (Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação), iniciada em 2011 pelo então Ministro de Ciência e Tecnologia, Aloizio Mercadante.

Estavam também presentes o neurocientista Miguel Nicolelis e várias autoridades da área, como Glaucius Oliva, presidente do CNPq [agência federal de fomento à ciência]. Minha tarefa (e a do Nicolelis) era apontar possíveis mecanismos para que o Brasil deixe de ser potência agropecuária e de extração de minérios e crie uma economia movida pela inovação competitiva.

Comecei citando o relatório da ENCTI, de autoria do Mercadante:

1) A sociedade do futuro é a sociedade do conhecimento.

2) O Brasil tem de realizar um enorme esforço para avançar na geração e utilização do conhecimento científico, criando competências em áreas estratégicas.

3) O país precisa de uma revolução do seu sistema educacional.

Como fica bem claro, o ministro apontou bem o que deve ser feito. A questão é como.

Entre as 59 maiores economias do mundo, o Brasil ocupa a 54ª posição em infraestrutura tecnológica e educacional. Esses são dados do do Institute for Management Development, que examina as tendências econômicas dos países, mapeando sua viabilidade futura. O Brasil hoje ocupa a 47ª posição em performance econômica, caindo da 30ª em 2011. As coisas não vão tão bem quanto a maioria pensa.

Antes de mais nada, é necessária uma profunda revitalização da educação científica nacional: o Brasil precisa dobrar o número de engenheiros formados para poder suprir a demanda que já existe. Para isso, os jovens têm de ver a ciência como uma carreira viável, interessante e gratificante. A ciência precisa ser ensinada de outra forma, levando do encantamento à inovação.

As crianças precisam ver a ciência no seu cotidiano, no mundo que as cerca e no que as interessa; não pela memorização de fórmulas, mas olhando para o mundo de forma qualitativa, para então aprender as ferramentas quantitativas que cientistas usam para estudá-lo.

Estudantes de graduação e de pós devem visitar escolas públicas e privadas, para que crianças e jovens tenham contato com estudantes de ciências, desmistificando a carreira. Cientistas brasileiros também precisam participar de forma muito mais ativa na educação informal da população: palestras dirigidas ao público, observação astronômica em espaços abertos, feiras de ciência etc. A mídia nacional precisa dedicar mais espaço à ciência, especialmente na TV aberta e em horário nobre, nem que sejam alguns parcos minutos por semana.

É necessária uma lei de fomento à pesquisa, equivalente à Lei Rouanet da cultura. Com isso, o setor industrial e comercial terá incentivo para investir em ciência, algo que nos EUA e na Europa é essencial.
Falei sobre outras estratégias, mas essas foram as principais. O interessante é que o Nicolelis chegou depois e, sem me ouvir, apresentou quase os mesmos pontos. Basta que o Legislativo nos ouça também.