O mundo do muito pequeno, dos átomos e seus integrantes, apresenta comportamentos que destoam totalmente do "nosso" mundo, que os físicos chamam de mundo clássico. Essas diferenças de comportamento entre sistemas quânticos e clássicos deu, e ainda dá, muita dor de cabeça aos físicos que se preocupam com o que podemos chamar de definição da nossa "realidade".
Eis aqui a questão essencial: definimos realidade, ou o mundo em que vivemos, por meio de nossas interações sensoriais com esse mundo. Daí que, ao vermos uma cadeira, estamos "interagindo" com essa estrutura de madeira. A luz ambiente -na forma de suas partículas conhecidas como fótons- é refletida por essa estrutura e vem de encontro aos nossos olhos. O estímulo é então levado pelo nervo ótico à parte (ou partes) do cérebro responsável pela decodificação desse impulso e pela sua reconstrução interna: nossa mente reinventa o mundo exterior. Mas essa é uma outra história.
O ponto é que, para vermos uma cadeira, recebemos uma informação que nos permitiu identificar esse objeto como tal. Se estivéssemos no escuro, teríamos de tatear a estrutura de madeira para identificá-la como uma cadeira. O que acontece se, em vez de uma cadeira, queremos identificar um átomo de hidrogênio?
Usando a mesma analogia da cadeira e da luz, para "vermos" um átomo, temos de interagir com ele. Claro, como nosso olho é cerca de dez bilhões de vezes maior que o átomo, não dá para acender a luz e enxergá-lo diretamente. Vamos então ao caso intermediário de uma bactéria, uma ameba com um milionésimo de metro. Precisamos usar um microscópio, que, com uma pequena lâmpada, ilumina nossa ameba e amplia sua imagem de forma que possamos enxergá-la.
Portanto, o mecanismo que usamos para enxergar a ameba no microscópio é semelhante ao que usamos para enxergar uma cadeira. Ambos são objetos clássicos. Já com o átomo a coisa é bem diferente. Não dá para enxergá-lo com um microscópio comum. Na verdade, jamais podemos "ver" um átomo. Isso (entre outras coisas) porque a luz é uma onda, e como tal tem uma certa distância associada a ela, seu "comprimento de onda" ou a distância entre duas cristas consecutivas. O ponto é que a luz visível tem comprimentos de onda entre 4 e 7 centésimos de milésimo de centímetro, ou seja, 10 mil vezes maior que um átomo: o átomo passa despercebido. Para contornar esse problema, temos de "ajeitar" nosso foco, o que significa diminuir o comprimento da onda da luz. O problema é que, ao diminuir o comprimento da onda da luz, aumentamos sua energia: a luz violeta tem comprimento de onda menor do que a luz vermelha e é mais energética. Para chegarmos em comprimentos de onda de escalas atômicas, temos de usar os raios X ou gama, as radiações mais energéticas que existem.
O problema agora complica bastante. Como sabemos, ondas transportam energia e momento: basta ficar na frente de uma onda do mar para conferir tal fenômeno. Ao "focar" nossa luz, diminuímos seu comprimento de onda, aumentando sua energia. O resultado é que, agora, a radiação é tão energética que, ao rebater no átomo, lhe dá um empurrão, mudando sua posição. Conclusão: no mundo quântico, o ato de medir interfere com o que está sendo medido. No caso do átomo, ao tentar "vê-lo", isto é, medir sua posição, acabamos empurrando-o para outra posição, devido à transferência de momento da radiação. Ou seja, jamais conseguiremos medir exatamente a posição e velocidade do átomo. Todas as nossas medidas vêm com um limite intrínseco devido à interferência do próprio ato de medida. Esse é o famoso "princípio de incerteza", que Werner Heisenberg propôs em 1925.
Se nossa cadeira fosse um objeto quântico, ela não pararia no mesmo lugar jamais, mudando de posição de forma aleatória. Felizmente, vivemos em um mundo clássico, onde a energia e o momento transferidos pela luz a uma cadeira são desprezíveis. Ainda bem, pois, senão, estaríamos todos nós, cadeira, eu e você, nessa perpétua dança quântica.
domingo, 26 de março de 2000
domingo, 19 de março de 2000
Matéria às escuras
Copérnico, ao proclamar que o Sol era o centro do cosmos, e não a Terra, desferiu um duro golpe em nossa dignidade. Afinal, fomos rebaixados do centro para a periferia, dividida com um bando de outros planetas. De reis passamos a ser corte, fadada a rodear o "astro-rei" por toda a eternidade, ou pelo menos por um bom tempo. Claro, a idéia não foi de Copérnico, mas de um astrônomo grego do século 3 a.C., o grande Aristarco de Samos. Mas a redescoberta de Copérnico foi apenas o início. Logo, descobrimos que o Sol é uma mera estrela, como bilhões de outras na Via Láctea, nossa galáxia. Mas pelo menos nossa galáxia era especial, a única no cosmos, uma ilha de estrelas cercada de imensidão por todos os lados.
Mas nem esse tênue resquício de dignidade durou muito. Em 1924, o astrônomo americano Edwin Hubble provou que a Via Láctea é apenas um dos bilhões de "universos-ilha", isto é, outras galáxias, que existem no Universo. Fora o fato de nós estarmos aqui, nossa galáxia não tem nada de muito especial. Ao menos, nos resta o consolo de que somos parte do Universo, dividindo com ele sua composição material. Nós somos, como dizem os poetas astrofísicos, poeira das estrelas, feitos dos mesmos prótons, nêutrons e elétrons que o Sol e seus primos. Isso está garantido. Poetas e cientistas, ou poetas-cientistas, podem ficar sossegados. Só que a matéria da qual somos compostos é praticamente insignificante quando comparada com o material que realmente domina a dinâmica cósmica. Ou seja, somos poeirinha cósmica.
Eu explico. Nos anos 30, Fritz Zwicky, um grande iconoclasta da astronomia, descobriu que as velocidades das galáxias quando em grupos era muito maior do que a resultante da força gravitacional que elas exercem entre si. Zwicky argumentou que em torno de 90% da massa no "aglomerado" era invisível, isto é, algo que não gera sua própria luz. Várias soluções foram propostas para explicar essa "matéria escura": nuvens de gás interestelar, estrelas que não têm massa suficiente para iniciar o processo de fusão, planetas como Júpiter etc. Na última década, ficou claro que todas essas "soluções" não contribuem em quantidade suficiente para a matéria escura. Na verdade, a coisa é bem mais exótica: aparentemente, a matéria escura não é o que nós chamamos de matéria, isto é, prótons, nêutrons ou elétrons. A matéria normal constitui apenas cerca de 10% a 30% da matéria cósmica. E o resto?
Claro, se o assunto é a composição material do cosmos, o macro se mistura com o micro; físicos de partículas examinam a possibilidade de que esse outro tipo de matéria seja composto pelas chamadas partículas supersimétricas, pares das partículas normais de matéria. Segundo essa teoria, cada partícula de matéria tem sua parceria supersimétrica: o elétron tem o selétron, o quark tem o squark, o fóton tem o fotino etc. Ainda não as descobrimos porque elas interagem tão fracamente com a matéria ordinária que passam completamente despercebidas, ou quase.
Aproximadamente 10 trilhões dessas partículas passam por um quilograma de matéria por segundo! Não adianta querer escapar, pois elas vêm de todos os lados. Mas nem todas as partículas supersimétricas são estáveis; apenas a mais leve delas sobrevive. As outras se desintegram em partículas mais leves, até chegar na peso-pena. É essa que se transformou na menina dos olhos dos caçadores de matéria escura.
Um grupo de físicos italianos e chineses, em um laboratório sob a montanha Gran Sasso, na Itália, declarou em fevereiro ter detectado sinais dessa partícula: seus detectores acusaram colisões entre as superpartículas e núcleos atômicos. Já outro grupo em Berkeley não viu nenhuma colisão em seus detectores, questionando o resultado italiano.
Durante essa década, detectores mais sensíveis irão decidir a questão. No meio tempo, temos de ficar às escuras, juntamente com a maior parte do Universo.
Mas nem esse tênue resquício de dignidade durou muito. Em 1924, o astrônomo americano Edwin Hubble provou que a Via Láctea é apenas um dos bilhões de "universos-ilha", isto é, outras galáxias, que existem no Universo. Fora o fato de nós estarmos aqui, nossa galáxia não tem nada de muito especial. Ao menos, nos resta o consolo de que somos parte do Universo, dividindo com ele sua composição material. Nós somos, como dizem os poetas astrofísicos, poeira das estrelas, feitos dos mesmos prótons, nêutrons e elétrons que o Sol e seus primos. Isso está garantido. Poetas e cientistas, ou poetas-cientistas, podem ficar sossegados. Só que a matéria da qual somos compostos é praticamente insignificante quando comparada com o material que realmente domina a dinâmica cósmica. Ou seja, somos poeirinha cósmica.
Eu explico. Nos anos 30, Fritz Zwicky, um grande iconoclasta da astronomia, descobriu que as velocidades das galáxias quando em grupos era muito maior do que a resultante da força gravitacional que elas exercem entre si. Zwicky argumentou que em torno de 90% da massa no "aglomerado" era invisível, isto é, algo que não gera sua própria luz. Várias soluções foram propostas para explicar essa "matéria escura": nuvens de gás interestelar, estrelas que não têm massa suficiente para iniciar o processo de fusão, planetas como Júpiter etc. Na última década, ficou claro que todas essas "soluções" não contribuem em quantidade suficiente para a matéria escura. Na verdade, a coisa é bem mais exótica: aparentemente, a matéria escura não é o que nós chamamos de matéria, isto é, prótons, nêutrons ou elétrons. A matéria normal constitui apenas cerca de 10% a 30% da matéria cósmica. E o resto?
Claro, se o assunto é a composição material do cosmos, o macro se mistura com o micro; físicos de partículas examinam a possibilidade de que esse outro tipo de matéria seja composto pelas chamadas partículas supersimétricas, pares das partículas normais de matéria. Segundo essa teoria, cada partícula de matéria tem sua parceria supersimétrica: o elétron tem o selétron, o quark tem o squark, o fóton tem o fotino etc. Ainda não as descobrimos porque elas interagem tão fracamente com a matéria ordinária que passam completamente despercebidas, ou quase.
Aproximadamente 10 trilhões dessas partículas passam por um quilograma de matéria por segundo! Não adianta querer escapar, pois elas vêm de todos os lados. Mas nem todas as partículas supersimétricas são estáveis; apenas a mais leve delas sobrevive. As outras se desintegram em partículas mais leves, até chegar na peso-pena. É essa que se transformou na menina dos olhos dos caçadores de matéria escura.
Um grupo de físicos italianos e chineses, em um laboratório sob a montanha Gran Sasso, na Itália, declarou em fevereiro ter detectado sinais dessa partícula: seus detectores acusaram colisões entre as superpartículas e núcleos atômicos. Já outro grupo em Berkeley não viu nenhuma colisão em seus detectores, questionando o resultado italiano.
Durante essa década, detectores mais sensíveis irão decidir a questão. No meio tempo, temos de ficar às escuras, juntamente com a maior parte do Universo.
domingo, 12 de março de 2000
Perguntar é preciso
Existem três questões abertas em ciência que dividem uma temática única: a questão das origens. Eu costumo chamar essas questões de "o problema das três origens": a origem do Universo, a origem da vida e a origem da mente. Leitores mais fiéis desta coluna certamente já se depararam com textos que discutem os desafios e progressos relacionados a essas questões. O que as torna tão fascinantes é que elas não são apenas de interesse científico, mas questões que volta e meia qualquer um se pergunta. Aliás, essa é a razão pela qual elas são tão interessantes para os cientistas: de certa forma, o questionamento sobre nossas origens é o que define a humanidade, é o que nos permite conviver com o fato que pensamos, existimos e morremos.
Não é à toa que as primeiras respostas às três perguntas foram criadas pelas várias religiões que pontuam nossa história. As respostas têm a dupla função de nos trazer a paz de espírito, para que possamos aceitar nossas limitações perante o acaso, ou aquilo que não podemos controlar -uma morte súbita, uma tempestade cataclísmica -, e nos permitir funcionar moralmente em uma sociedade em que todos dividem ao menos parte de uma história: seu início.
As narrativas das várias religiões para as três perguntas criam uma cultura em comum, que funciona como um indicador do grupo; outros grupos têm outras histórias, outras culturas, outras origens. Infelizmente, essas disparidades em geral geram intolerância e desrespeito. Muitas das guerras religiosas que tingem de sangue a história da humanidade foram disputas de origens, de uma origem mais "nobre" (para os membros daquela cultura, claro) ou de um "direito" divino sobre a hegemonia de uma história. Em geral, os deuses não aparecem nas batalhas para defender seus defensores, se bem que, às vezes, eles "mandam" sinais cósmicos: eclipses, arco-íris, cometas etc.
No século 17, a ciência entra e começa a se perguntar as mesmas questões "sacras". Qual a origem do Universo? Será que podemos, pela razão, compreender a origem de "tudo"? E a origem da vida? Será que ela foi um acaso bioquímico, um acidente local em um insignificante planeta orbitando uma estrela em uma galáxia comum, ou será que a vida tem um "plano", se estendendo pelo Universo afora com o objetivo de povoá-lo como um vírus povoa o corpo de um doente? Ou será que ela existe, mas sem plano nenhum? E a mente? Como é possível que processos bioeletroquímicos no cérebro possam gerar nossa consciência, nosso senso de saber que existimos? Ou será que a mente é algo diferente, que necessita de uma ciência que não podemos ainda nem contemplar? Como dizia o grande escritor de ficção científica Arthur C. Clarke, a tecnologia do futuro longínquo aparecerá sempre como mágica no presente. Exemplo: Galileu "surfando" na Internet, imagine que absurdo para uma mente do século 17 (mas talvez não para Galileu).
Passados quase 400 anos desde que Galileu apontou um telescópio para a Lua, as três questões estão completamente integradas dentro da pesquisa científica. Respostas ainda não temos, alguns acham que jamais as teremos. Mas tentar sem dúvida devemos, e dessas tentativas descobertas maravilhosas têm sido feitas sobre o Universo, sobre a base biológica da vida e sobre a estrutura neurológica do cérebro. O Universo está em expansão, bilhões de galáxias com bilhões de estrelas cada, muitas cercadas de pequenos mundos como o nosso; a multiplicidade biológica da vida tem uma base genética comum, que está sendo mapeada em detalhe, abrindo possibilidades fantásticas e aterrorizantes; as complexas atividades do cérebro são compostas de bandos de neurônios que, individualmente ou em grupo, trabalham para construir nosso senso de realidade. Tudo isso, e o que nem podemos ainda imaginar, devido às perguntas que fazemos.
Não é à toa que as primeiras respostas às três perguntas foram criadas pelas várias religiões que pontuam nossa história. As respostas têm a dupla função de nos trazer a paz de espírito, para que possamos aceitar nossas limitações perante o acaso, ou aquilo que não podemos controlar -uma morte súbita, uma tempestade cataclísmica -, e nos permitir funcionar moralmente em uma sociedade em que todos dividem ao menos parte de uma história: seu início.
As narrativas das várias religiões para as três perguntas criam uma cultura em comum, que funciona como um indicador do grupo; outros grupos têm outras histórias, outras culturas, outras origens. Infelizmente, essas disparidades em geral geram intolerância e desrespeito. Muitas das guerras religiosas que tingem de sangue a história da humanidade foram disputas de origens, de uma origem mais "nobre" (para os membros daquela cultura, claro) ou de um "direito" divino sobre a hegemonia de uma história. Em geral, os deuses não aparecem nas batalhas para defender seus defensores, se bem que, às vezes, eles "mandam" sinais cósmicos: eclipses, arco-íris, cometas etc.
No século 17, a ciência entra e começa a se perguntar as mesmas questões "sacras". Qual a origem do Universo? Será que podemos, pela razão, compreender a origem de "tudo"? E a origem da vida? Será que ela foi um acaso bioquímico, um acidente local em um insignificante planeta orbitando uma estrela em uma galáxia comum, ou será que a vida tem um "plano", se estendendo pelo Universo afora com o objetivo de povoá-lo como um vírus povoa o corpo de um doente? Ou será que ela existe, mas sem plano nenhum? E a mente? Como é possível que processos bioeletroquímicos no cérebro possam gerar nossa consciência, nosso senso de saber que existimos? Ou será que a mente é algo diferente, que necessita de uma ciência que não podemos ainda nem contemplar? Como dizia o grande escritor de ficção científica Arthur C. Clarke, a tecnologia do futuro longínquo aparecerá sempre como mágica no presente. Exemplo: Galileu "surfando" na Internet, imagine que absurdo para uma mente do século 17 (mas talvez não para Galileu).
Passados quase 400 anos desde que Galileu apontou um telescópio para a Lua, as três questões estão completamente integradas dentro da pesquisa científica. Respostas ainda não temos, alguns acham que jamais as teremos. Mas tentar sem dúvida devemos, e dessas tentativas descobertas maravilhosas têm sido feitas sobre o Universo, sobre a base biológica da vida e sobre a estrutura neurológica do cérebro. O Universo está em expansão, bilhões de galáxias com bilhões de estrelas cada, muitas cercadas de pequenos mundos como o nosso; a multiplicidade biológica da vida tem uma base genética comum, que está sendo mapeada em detalhe, abrindo possibilidades fantásticas e aterrorizantes; as complexas atividades do cérebro são compostas de bandos de neurônios que, individualmente ou em grupo, trabalham para construir nosso senso de realidade. Tudo isso, e o que nem podemos ainda imaginar, devido às perguntas que fazemos.
domingo, 5 de março de 2000
Rumo a Marte, mas devagar!
O planeta vermelho! Quantos filmes e livros de ficção cientifica já foram escritos, especulando sobre as estranhas formas de vida que habitam Marte. Infelizmente, até agora as sondas que lá pousaram trouxeram apenas notícias um tanto desanimadoras; Marte é aparentemente um vasto e frígido deserto, cheio de rochas e poeira avermelhadas.
Alguns canais foram encontrados, talvez leitos ressecados de antigos rios que cruzavam sua superfície há milhões de anos. É possível que Marte tenha tido água em abundância. E onde tem água, possivelmente tem vida, o que significa que formas de vida podem ter existido em Marte no passado. Ou quem sabe ainda existem e foram responsáveis pelo misterioso desaparecimento da sonda enviada pela Nasa recentemente? (Caro leitor, só para evitar alguma confusão, estou apenas brincando!)
O jeito é irmos até lá diretamente. Missões tripuladas a Marte fazem parte de uma espécie de desejo coletivo da humanidade; nós somos exploradores por natureza, e o próximo grande passo a ser dado é chegar a Marte.
O problema é que a visão romântica de uma viagem interplanetária se esvanece em segundos quando encaramos as enormes dificuldades técnicas de uma tal missão. A Nasa está planejando uma missão tripulada a Marte para o ano 2020. E, por incrível que pareça, os maiores desafios não são o desenho de naves e combustíveis, mas nossa biologia. Como que seres humanos irão suportar uma missão a Marte com duração de três anos (incluindo seis meses de ida e seis de volta) em um ambiente sem gravidade, alta exposição a radiação cósmica e sérias privações psicológicas?
Nossos corpos e sua fisiologia evoluíram em um ambiente extremamente controlado, com poucas variações de temperatura, gravidade constante e baixos níveis de radiação.
O movimento dos fluidos em nossos corpos e a densidade dos ossos dependem dessa constância. Em um ambiente sem gravidade, como o que ocorre em viagens espaciais, nossa fisiologia entra em pane total.
Astronautas sofrem sérios problemas de adaptação, incluindo vários dias com náusea (o vômito flutua na cabine, o que torna sua "captação" extremamente desagradável...), desidratação e tonteiras. Quando astronautas retornam de suas missões, eles mal conseguem distinguir os pés da cabeça. Repare que a Nasa sempre cobre as passarelas de desembarque, para que o público não veja o estado indigno de seus heróis. Períodos de quarentena têm a dupla função de isolar uma possível contaminação de "germes espaciais" e restituir a fisiologia dos tripulantes ao normal.
Veja o que acontece com o sistema circulatório: normalmente, o sangue se acumula na parte inferior de seu corpo, atraído pela gravidade. Em gravidade próxima de zero, esse sangue sobe como um vulcão; você pensa que sua cabeça irá explodir com a pressão, enquanto seu coração bate mais rápido, tentando expelir o excesso de sangue. Seu corpo calcula que existe um excesso de fluido, e você elimina mais de um litro de água a cada dois dias. A desidratação aumenta a densidade do seu sangue e, em resposta, o corpo diminui a produção de células vermelhas. Conclusão: você termina anêmico e desidratado, se não sofrer um ataque cardíaco ou um derrame antes. E isso em missões de curta duração.
Imagine passar seis meses no espaço sob essas condições e então chegar em um planeta cuja gravidade é metade da terrestre e onde não há uma equipe médica à espera. E isso sem falar nos raios cósmicos, que aumentam a incidência de câncer, o envenenamento por ferro e as mutações em bactérias que existem em nossos corpos. Sabe-se lá que novas doenças serão criadas no espaço!
Ciente desses problemas, a Nasa está buscando soluções, incluindo ambientes com gravidade simulada a bordo, espaçonaves giratórias como uma centrífuga, proteções contra radiação cósmica e técnicas cirúrgicas na ausência de gravidade: o sangue se transforma em aerossol, se espalhando pela cabine, enquanto os instrumentos não têm peso na mão do cirurgião.
Esses desafios devem ser vencidos por qualquer forma de vida que queira viajar no espaço. Quem sabe os homenzinhos verdes de Marte não podem nos passar umas dicas?
Alguns canais foram encontrados, talvez leitos ressecados de antigos rios que cruzavam sua superfície há milhões de anos. É possível que Marte tenha tido água em abundância. E onde tem água, possivelmente tem vida, o que significa que formas de vida podem ter existido em Marte no passado. Ou quem sabe ainda existem e foram responsáveis pelo misterioso desaparecimento da sonda enviada pela Nasa recentemente? (Caro leitor, só para evitar alguma confusão, estou apenas brincando!)
O jeito é irmos até lá diretamente. Missões tripuladas a Marte fazem parte de uma espécie de desejo coletivo da humanidade; nós somos exploradores por natureza, e o próximo grande passo a ser dado é chegar a Marte.
O problema é que a visão romântica de uma viagem interplanetária se esvanece em segundos quando encaramos as enormes dificuldades técnicas de uma tal missão. A Nasa está planejando uma missão tripulada a Marte para o ano 2020. E, por incrível que pareça, os maiores desafios não são o desenho de naves e combustíveis, mas nossa biologia. Como que seres humanos irão suportar uma missão a Marte com duração de três anos (incluindo seis meses de ida e seis de volta) em um ambiente sem gravidade, alta exposição a radiação cósmica e sérias privações psicológicas?
Nossos corpos e sua fisiologia evoluíram em um ambiente extremamente controlado, com poucas variações de temperatura, gravidade constante e baixos níveis de radiação.
O movimento dos fluidos em nossos corpos e a densidade dos ossos dependem dessa constância. Em um ambiente sem gravidade, como o que ocorre em viagens espaciais, nossa fisiologia entra em pane total.
Astronautas sofrem sérios problemas de adaptação, incluindo vários dias com náusea (o vômito flutua na cabine, o que torna sua "captação" extremamente desagradável...), desidratação e tonteiras. Quando astronautas retornam de suas missões, eles mal conseguem distinguir os pés da cabeça. Repare que a Nasa sempre cobre as passarelas de desembarque, para que o público não veja o estado indigno de seus heróis. Períodos de quarentena têm a dupla função de isolar uma possível contaminação de "germes espaciais" e restituir a fisiologia dos tripulantes ao normal.
Veja o que acontece com o sistema circulatório: normalmente, o sangue se acumula na parte inferior de seu corpo, atraído pela gravidade. Em gravidade próxima de zero, esse sangue sobe como um vulcão; você pensa que sua cabeça irá explodir com a pressão, enquanto seu coração bate mais rápido, tentando expelir o excesso de sangue. Seu corpo calcula que existe um excesso de fluido, e você elimina mais de um litro de água a cada dois dias. A desidratação aumenta a densidade do seu sangue e, em resposta, o corpo diminui a produção de células vermelhas. Conclusão: você termina anêmico e desidratado, se não sofrer um ataque cardíaco ou um derrame antes. E isso em missões de curta duração.
Imagine passar seis meses no espaço sob essas condições e então chegar em um planeta cuja gravidade é metade da terrestre e onde não há uma equipe médica à espera. E isso sem falar nos raios cósmicos, que aumentam a incidência de câncer, o envenenamento por ferro e as mutações em bactérias que existem em nossos corpos. Sabe-se lá que novas doenças serão criadas no espaço!
Ciente desses problemas, a Nasa está buscando soluções, incluindo ambientes com gravidade simulada a bordo, espaçonaves giratórias como uma centrífuga, proteções contra radiação cósmica e técnicas cirúrgicas na ausência de gravidade: o sangue se transforma em aerossol, se espalhando pela cabine, enquanto os instrumentos não têm peso na mão do cirurgião.
Esses desafios devem ser vencidos por qualquer forma de vida que queira viajar no espaço. Quem sabe os homenzinhos verdes de Marte não podem nos passar umas dicas?
domingo, 27 de fevereiro de 2000
Buscando a liberdade no interior do núcleo
O núcleo atômico, essa concentração de massa com diâmetro da ordem de um milésimo de bilionésimo de centímetro, tem uma personalidade bastante ambivalente na sociedade moderna. Por um lado, a energia liberada nos processos de fissão nuclear vem contribuindo cada vez mais na produção mundial de energia; avanços na medicina nuclear são extremamente importantes na luta contra várias formas de câncer. Por outro lado, o lixo nuclear, materiais radioativos altamente tóxicos produzidos tanto durante a geração de energia quanto no uso em medicina, apresenta um sério problema ambiental. Isso sem falar no lado realmente pesado do uso do núcleo atômico, nas bombas de fissão e de fusão (bomba "H") nuclear. Com toda essa carga emocional, minha escolha de título para essa Micro/Macro deve parecer paradoxal. Afinal, como que liberdade pode coabitar com física nuclear? Em contrapartida, há quem defenda a posição de que a paz mundial se deve a existência de bombas nucleares.
Para responder a essa pergunta, devemos nos esquecer, por algumas linhas, das repercussões mais nefastas da energia nuclear e nos concentrarmos na belíssima física nuclear moderna. Antes de mais nada, uma breve revisão: o núcleo atômico é composto de prótons e nêutrons, os prótons com carga elétrica positiva e os nêutrons...adivinhe! Imediatamente, surge uma questão óbvia. Se os prótons tem carga positiva e cargas iguais se repelem, o que mantém o núcleo colado? Existe uma outra força no núcleo, a força nuclear forte, que é em torno de 100 vezes mais forte do que a repulsão elétrica. Essa força "gruda" os prótons e nêutrons juntos e só age dentro de distâncias nucleares. Isso já sabíamos desde a década de 30. Já nos anos 60, descobriu-se que os prótons e nêutrons, e centenas de outras partículas observadas em experimentos de altas energias, são feitos de uma outra partícula, o quark. Na verdade, existem seis quarks, conforme descobrimos nos anos 90.
Os quarks são partículas muito tímidas. Sua propriedade mais misteriosa é chamada de confinamento: não podemos observar um quark livre, como observamos um elétron ou um próton. Quarks sempre aparecem em pares ou triplas. Se tentarmos separar um par de quarks de forma a isolar um deles, acabamos criando dois pares! O mesmo acontece com ímãs; se você tentar "isolar" um polo magnético quebrando o ímã, você acaba com dois ímãs. A imagem que usamos para representar tal fenômeno é a de um par de quarks ligados por uma mola.
Se expandirmos a mola até ela quebrar, a energia usada cria um novo par de quarks, e ficamos com duas molas e dois pares de quarks na mão; como dizia Einstein, E=mc2, a energia pode criar matéria. Mas nem tudo está perdido.
A mesma teoria que descreve quarks descreve como eles interagem entre si, também por meio de uma força forte. Eles trocam partículas chamadas glúons, que mantém os quarks unidos nos prótons, nêutrons, etc. Essa teoria prevê que a timidez dos quarks desaparece a distâncias bem íntimas. Ou seja, a distâncias muito pequenas e energias muito altas, os quarks se comportam como partículas livres, num processo chamado de liberdade assintótica. Essas distâncias só podem ser atingidas de dois modos: a frações de segundo após o Big-Bang, a fase de altíssimas temperatura e densidade que marca o início da historia do universo, ou em colisões entre núcleos atômicos a altíssimas energias. Nessas condições dramáticas, as partículas que contém os quarks e os glúons sofrem uma metamorfose, transformando-se em uma sopa de quarks e glúons, ou um plasma de quark-glúons, como ovos mutantes que se quebram revelando suas duas ou três gemas (os quarks) e a clara em torno delas (os glúons).
No início de fevereiro, um time com mais de 600 físicos no Cern, laboratório europeu de física de altas energias, declarou ter identificado a presença do plasma de quark-glúons em colisões de núcleos de chumbo e ouro. Para tal, as colisões criaram temperaturas 100 mil vezes maiores que no centro do Sol, que ocorreram quando o Universo tinha menos de um milésimo de segundo de existência. Certos tipos de timidez são extremamente persistentes.
Para responder a essa pergunta, devemos nos esquecer, por algumas linhas, das repercussões mais nefastas da energia nuclear e nos concentrarmos na belíssima física nuclear moderna. Antes de mais nada, uma breve revisão: o núcleo atômico é composto de prótons e nêutrons, os prótons com carga elétrica positiva e os nêutrons...adivinhe! Imediatamente, surge uma questão óbvia. Se os prótons tem carga positiva e cargas iguais se repelem, o que mantém o núcleo colado? Existe uma outra força no núcleo, a força nuclear forte, que é em torno de 100 vezes mais forte do que a repulsão elétrica. Essa força "gruda" os prótons e nêutrons juntos e só age dentro de distâncias nucleares. Isso já sabíamos desde a década de 30. Já nos anos 60, descobriu-se que os prótons e nêutrons, e centenas de outras partículas observadas em experimentos de altas energias, são feitos de uma outra partícula, o quark. Na verdade, existem seis quarks, conforme descobrimos nos anos 90.
Os quarks são partículas muito tímidas. Sua propriedade mais misteriosa é chamada de confinamento: não podemos observar um quark livre, como observamos um elétron ou um próton. Quarks sempre aparecem em pares ou triplas. Se tentarmos separar um par de quarks de forma a isolar um deles, acabamos criando dois pares! O mesmo acontece com ímãs; se você tentar "isolar" um polo magnético quebrando o ímã, você acaba com dois ímãs. A imagem que usamos para representar tal fenômeno é a de um par de quarks ligados por uma mola.
Se expandirmos a mola até ela quebrar, a energia usada cria um novo par de quarks, e ficamos com duas molas e dois pares de quarks na mão; como dizia Einstein, E=mc2, a energia pode criar matéria. Mas nem tudo está perdido.
A mesma teoria que descreve quarks descreve como eles interagem entre si, também por meio de uma força forte. Eles trocam partículas chamadas glúons, que mantém os quarks unidos nos prótons, nêutrons, etc. Essa teoria prevê que a timidez dos quarks desaparece a distâncias bem íntimas. Ou seja, a distâncias muito pequenas e energias muito altas, os quarks se comportam como partículas livres, num processo chamado de liberdade assintótica. Essas distâncias só podem ser atingidas de dois modos: a frações de segundo após o Big-Bang, a fase de altíssimas temperatura e densidade que marca o início da historia do universo, ou em colisões entre núcleos atômicos a altíssimas energias. Nessas condições dramáticas, as partículas que contém os quarks e os glúons sofrem uma metamorfose, transformando-se em uma sopa de quarks e glúons, ou um plasma de quark-glúons, como ovos mutantes que se quebram revelando suas duas ou três gemas (os quarks) e a clara em torno delas (os glúons).
No início de fevereiro, um time com mais de 600 físicos no Cern, laboratório europeu de física de altas energias, declarou ter identificado a presença do plasma de quark-glúons em colisões de núcleos de chumbo e ouro. Para tal, as colisões criaram temperaturas 100 mil vezes maiores que no centro do Sol, que ocorreram quando o Universo tinha menos de um milésimo de segundo de existência. Certos tipos de timidez são extremamente persistentes.
domingo, 20 de fevereiro de 2000
Mapeando a Terra do céu
Os proprietários de terra egípcios anualmente enfrentavam um sério problema: as cheias do Nilo submergiam as demarcações das terras, causando muita briga e confusão: os coletores de impostos do faraó não sabiam o que cobrar de quem. Como a necessidade é a melhor escola, o uso de mapas passou a ser extremamente importante para o governo. Mas o desenvolvimento de mapas não foi apenas causado por interesses econômicos. Mapas antigos revelavam toda a visão de mundo da cultura que os produziu, toda a cosmologia da época. Mapas tentavam encapsular não só o reconhecimento geográfico da Terra, mas seu lugar nos céus.
No século 3 a.C., Eratóstenes de Cirena mediu pela primeira vez a circunferência da Terra. Juntamente com o grande astrônomo grego Hiparco, Eratóstenes desenvolveu a linguagem da cartografia em termos do globo terrestre e do sistema de latitude e longitude, usada até hoje.
Depois de um intervalo de 15 séculos durante a Idade Média, a cartografia passou por um período de grande renovação com a expansão das viagens exploratórias dos portugueses e espanhóis. O desenvolvimento da cartografia aliava interesses econômicos aos de sobrevivência das tripulações dos navios, assim como estratégias bélicas: para conquistar o território do inimigo ou para explorar as riquezas de uma colônia, nada mais básico do que conhecer seus detalhes geográficos.
Passados 500 anos, nós entramos em uma nova fase de cartografia terrestre. Com a ajuda do ônibus espacial Endeavour, cientistas da Nasa, a agência espacial dos EUA, deverão criar um mapa praticamente completo da superfície terrestre, não só em latitude e longitude, mas também em altitude, isto é, um mapa tridimensional de nosso planeta.
A resolução do mapa será de 30 metros, contra a resolução dos mapas atuais, que é de 90 metros, e a precisão das medidas de altitude será entre 6 metros e 18 metros.
A quantidade absurda de dados gerada pelos radares da Endeavour encherá o equivalente a 13.500 CDs. A missão reflete uma tendência cada vez maior na pesquisa de ponta, que é a criação de colaborações internacionais, no caso com as agências espaciais italiana e alemã.
Claro, esse tipo de empreendimento não foge à regra geral dos mapas do século 16: existem interesses econômicos e militares em jogo, se bem que a propaganda vai para o lado dos benefícios que o novo mapa trará para a sociedade. Por exemplo, os dados sobre as variações em altitude ajudarão os estudos sobre erosão em diversos terrenos, terremotos, enchentes, vulcões e mudanças climáticas. Os mapas ajudarão também na manutenção das florestas e na identificação de áreas propícias à implantação de antenas e outros dispositivos usados em telecomunicação. É curioso: hoje nós temos mapas topográficos mais precisos das superfícies de Vênus e de Marte do que da Terra.
Um dos maiores interessados no projeto é o Departamento de Defesa Norte-Americano, que entrou com US$ 200 milhões no financiamento. Detalhes da ordem de 30 metros são suficientes para localizar fábricas e depósitos clandestinos de armamentos, sejam eles nucleares ou bioquímicos.
Com isso, apenas dados com resolução de 90 metros serão liberados ao público em geral. Acesso a dados com maior precisão tem de ser autorizado individualmente. Imagino que o Departamento de Defesa também esteja planejando usar os dados não só para defender, mas para atacar; caso uma fábrica clandestina de enriquecimento de materiais nucleares seja encontrada, seria fácil destruí-la remotamente, usando mísseis balísticos. Com o final da Guerra Fria, o inimigo tornou-se invisível, um grupo terrorista isolado, em vez de uma nação.
Para produzir esse mapa, o ônibus espacial usará duas antenas, uma na nave e outra na extremidade de um mastro de 60 metros, o maior já usado no espaço. As duas antenas captarão as ondas emitidas pela nave, após elas serem refletidas pela superfície da Terra. A pequena diferença de distância entre as antenas gerará dois mapas que, quando comparados, produzirão informação sobre a altitude. Do céu, nada se esconde.
No século 3 a.C., Eratóstenes de Cirena mediu pela primeira vez a circunferência da Terra. Juntamente com o grande astrônomo grego Hiparco, Eratóstenes desenvolveu a linguagem da cartografia em termos do globo terrestre e do sistema de latitude e longitude, usada até hoje.
Depois de um intervalo de 15 séculos durante a Idade Média, a cartografia passou por um período de grande renovação com a expansão das viagens exploratórias dos portugueses e espanhóis. O desenvolvimento da cartografia aliava interesses econômicos aos de sobrevivência das tripulações dos navios, assim como estratégias bélicas: para conquistar o território do inimigo ou para explorar as riquezas de uma colônia, nada mais básico do que conhecer seus detalhes geográficos.
Passados 500 anos, nós entramos em uma nova fase de cartografia terrestre. Com a ajuda do ônibus espacial Endeavour, cientistas da Nasa, a agência espacial dos EUA, deverão criar um mapa praticamente completo da superfície terrestre, não só em latitude e longitude, mas também em altitude, isto é, um mapa tridimensional de nosso planeta.
A resolução do mapa será de 30 metros, contra a resolução dos mapas atuais, que é de 90 metros, e a precisão das medidas de altitude será entre 6 metros e 18 metros.
A quantidade absurda de dados gerada pelos radares da Endeavour encherá o equivalente a 13.500 CDs. A missão reflete uma tendência cada vez maior na pesquisa de ponta, que é a criação de colaborações internacionais, no caso com as agências espaciais italiana e alemã.
Claro, esse tipo de empreendimento não foge à regra geral dos mapas do século 16: existem interesses econômicos e militares em jogo, se bem que a propaganda vai para o lado dos benefícios que o novo mapa trará para a sociedade. Por exemplo, os dados sobre as variações em altitude ajudarão os estudos sobre erosão em diversos terrenos, terremotos, enchentes, vulcões e mudanças climáticas. Os mapas ajudarão também na manutenção das florestas e na identificação de áreas propícias à implantação de antenas e outros dispositivos usados em telecomunicação. É curioso: hoje nós temos mapas topográficos mais precisos das superfícies de Vênus e de Marte do que da Terra.
Um dos maiores interessados no projeto é o Departamento de Defesa Norte-Americano, que entrou com US$ 200 milhões no financiamento. Detalhes da ordem de 30 metros são suficientes para localizar fábricas e depósitos clandestinos de armamentos, sejam eles nucleares ou bioquímicos.
Com isso, apenas dados com resolução de 90 metros serão liberados ao público em geral. Acesso a dados com maior precisão tem de ser autorizado individualmente. Imagino que o Departamento de Defesa também esteja planejando usar os dados não só para defender, mas para atacar; caso uma fábrica clandestina de enriquecimento de materiais nucleares seja encontrada, seria fácil destruí-la remotamente, usando mísseis balísticos. Com o final da Guerra Fria, o inimigo tornou-se invisível, um grupo terrorista isolado, em vez de uma nação.
Para produzir esse mapa, o ônibus espacial usará duas antenas, uma na nave e outra na extremidade de um mastro de 60 metros, o maior já usado no espaço. As duas antenas captarão as ondas emitidas pela nave, após elas serem refletidas pela superfície da Terra. A pequena diferença de distância entre as antenas gerará dois mapas que, quando comparados, produzirão informação sobre a altitude. Do céu, nada se esconde.
domingo, 13 de fevereiro de 2000
O preço da imortalidade
Começo hoje fazendo uma pergunta ao leitor: se fosse possível, você viveria para sempre? Certamente, as respostas seriam variadíssimas: de "claro!" até "Deus me livre! E as pessoas à minha volta, como eu poderia suportar a morte delas?", ou, de alguém mais religioso, "serei imortal após minha morte e pretendo esperar até lá". O sonho de prolongar a vida, indefinidamente ou por um longo período, é tão antigo quanto a história da humanidade.
Até recentemente, a solução era província das religiões, que prometem uma vida eterna no paraíso (ou no inferno!) ou um retorno ao mundo como outra pessoa ou animal, dependendo de suas atividades durante a vida anterior. Além disso, temos mitos de existências sobrenaturais derivados da religião, como no caso dos vampiros, que, para viver eternamente, precisam sugar o sangue dos vivos, tornando-se tanto predadores como presas de seu destino inglório. Mas confesso que o vampirismo tem seu toque de romantismo, pelo menos na versão hollywoodiana do mito.
E se as pesquisas em biogenética desenvolvessem técnicas que, em princípio, fossem capazes de prolongar a vida, não só curando vários tipos de doenças, mas efetivamente congelando o envelhecimento do corpo humano? Parece ficção científica, mas não é. Laboratórios nos EUA e em outros países tentam isolar uma célula que tem um papel crucial no desenvolvimento dos embriões humanos, a célula-tronco. Essa célula fantástica tem o potencial de se transformar em qualquer célula do corpo humano, formando tecidos ou órgãos. Ou seja, ela carrega a informação genética que pode gerar um determinado tipo de músculo ou a pele, um rim ou um fígado, uma verdadeira fábrica de materiais de construção de seres humanos.
Claro, existem várias dificuldades técnicas, sem falar nas dificuldades éticas. Primeiro, para isolar a célula-tronco, um embrião humano tem de ser destruído, de acordo com as tecnologias atuais. A questão é, então, se a destruição de uma massa de células humanas, alguns dias após a fertilização, corresponde a um assassinato. O Congresso norte-americano, preocupado com as repercussões dessas pesquisas, proibiu entidades governamentais de financiar experiências com embriões humanos. Como resultado, o setor privado, isto é, indústrias biogenéticas com fins lucrativos, está controlando a pesquisa na área. E essas indústrias não vão revelar suas descobertas (e fracassos) ao público enquanto não obtiverem o resultado que procuram.
Após isolar a célula-tronco, a idéia é descobrir qual o mecanismo bioquímico que a induz em uma determinada direção, transformando-a em um coração, cérebro ou músculo. Se esse mesmo mecanismo for descoberto, será possível que uma pessoa doe uma amostra de seu material genético a uma empresa, que poderá então clonar qualquer órgão que essa pessoa venha a precisar no futuro. O problema com a incompatibilidade em transplantes desaparece, pois esses órgãos são essencialmente você. As pesquisas no momento usam óvulos extraídos de vacas como invólucro do DNA humano; os técnicos retiram o DNA do óvulo (ninguém quer um feto que "diz" muuu...) e injetam células humanas que são então fundidas com as da vaca por meio de correntes elétricas. A esperança é que esse processo irá induzir a divisão das células, formando um embrião que trará consigo as células-tronco.
As indústrias biogenéticas argumentam que as vantagens desse processo são muito maiores que as repercussões éticas. "O que é mais importante? A "vida" de uma massa embrionária ou de uma criança morrendo de câncer?" ou "imagine quantas espécies em extinção poderemos salvar?". Críticos afirmam que os perigos são enormes. Por exemplo, "o que acontece com uma pessoa que tem parte do cérebro regenerada? Será que ela manterá sua identidade? E como iremos sustentar tanta gente no mundo?". Isso tudo ainda está longe; mas o debate público tem de ser iniciado agora, para que a sociedade não seja a última a saber o que acontecerá com seu destino.
Até recentemente, a solução era província das religiões, que prometem uma vida eterna no paraíso (ou no inferno!) ou um retorno ao mundo como outra pessoa ou animal, dependendo de suas atividades durante a vida anterior. Além disso, temos mitos de existências sobrenaturais derivados da religião, como no caso dos vampiros, que, para viver eternamente, precisam sugar o sangue dos vivos, tornando-se tanto predadores como presas de seu destino inglório. Mas confesso que o vampirismo tem seu toque de romantismo, pelo menos na versão hollywoodiana do mito.
E se as pesquisas em biogenética desenvolvessem técnicas que, em princípio, fossem capazes de prolongar a vida, não só curando vários tipos de doenças, mas efetivamente congelando o envelhecimento do corpo humano? Parece ficção científica, mas não é. Laboratórios nos EUA e em outros países tentam isolar uma célula que tem um papel crucial no desenvolvimento dos embriões humanos, a célula-tronco. Essa célula fantástica tem o potencial de se transformar em qualquer célula do corpo humano, formando tecidos ou órgãos. Ou seja, ela carrega a informação genética que pode gerar um determinado tipo de músculo ou a pele, um rim ou um fígado, uma verdadeira fábrica de materiais de construção de seres humanos.
Claro, existem várias dificuldades técnicas, sem falar nas dificuldades éticas. Primeiro, para isolar a célula-tronco, um embrião humano tem de ser destruído, de acordo com as tecnologias atuais. A questão é, então, se a destruição de uma massa de células humanas, alguns dias após a fertilização, corresponde a um assassinato. O Congresso norte-americano, preocupado com as repercussões dessas pesquisas, proibiu entidades governamentais de financiar experiências com embriões humanos. Como resultado, o setor privado, isto é, indústrias biogenéticas com fins lucrativos, está controlando a pesquisa na área. E essas indústrias não vão revelar suas descobertas (e fracassos) ao público enquanto não obtiverem o resultado que procuram.
Após isolar a célula-tronco, a idéia é descobrir qual o mecanismo bioquímico que a induz em uma determinada direção, transformando-a em um coração, cérebro ou músculo. Se esse mesmo mecanismo for descoberto, será possível que uma pessoa doe uma amostra de seu material genético a uma empresa, que poderá então clonar qualquer órgão que essa pessoa venha a precisar no futuro. O problema com a incompatibilidade em transplantes desaparece, pois esses órgãos são essencialmente você. As pesquisas no momento usam óvulos extraídos de vacas como invólucro do DNA humano; os técnicos retiram o DNA do óvulo (ninguém quer um feto que "diz" muuu...) e injetam células humanas que são então fundidas com as da vaca por meio de correntes elétricas. A esperança é que esse processo irá induzir a divisão das células, formando um embrião que trará consigo as células-tronco.
As indústrias biogenéticas argumentam que as vantagens desse processo são muito maiores que as repercussões éticas. "O que é mais importante? A "vida" de uma massa embrionária ou de uma criança morrendo de câncer?" ou "imagine quantas espécies em extinção poderemos salvar?". Críticos afirmam que os perigos são enormes. Por exemplo, "o que acontece com uma pessoa que tem parte do cérebro regenerada? Será que ela manterá sua identidade? E como iremos sustentar tanta gente no mundo?". Isso tudo ainda está longe; mas o debate público tem de ser iniciado agora, para que a sociedade não seja a última a saber o que acontecerá com seu destino.
Assinar:
Postagens (Atom)