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Nas lendas e mitos de todas as culturas, um tema reaparece com frequência: o das viagens fantásticas, em que um ou mais homens (e/ou mulheres) enfrentam enormes desafios e monstros em partes estranhas do mundo, reais ou imaginárias.
As aventuras simbolizam um processo de transformação pessoal, muitas vezes ligado a um despertar espiritual: a pessoa que sobrevive à aventura não é a mesma. Ela se torna herói (ou heroína), com uma visão de mundo diferenciada, mais sábia. Os perigos enfrentados e as várias tarefas que precisam ser concluídas representam passos nesse processo de amadurecimento. Nessas histórias, a pessoa se reinventa através de suas explorações. Quem conhece a trilogia épica "O Senhor dos Anéis" sabe ao que me refiro.
Quando era adolescente, devorava os contos de Edgar Allan Poe. Um dos que mais me impressionaram foi (e é) "Descida no Maelström", que narra a terrível aventura de um explorador que é tragado pelo Maelström, um redemoinho gigantesco que, segundo lendas da Idade Média, existia na costa da Noruega.
Uma viagem ao interior do Maelström era uma viagem só de ida; dele, ninguém saía. Apenas, claro, o narrador do conto, cujos cabelos, que no início da viagem eram negros como as penas de um corvo, tornaram-se inteiramente brancos.
A certa altura, quando era evidente que ele não escaparia da atração do turbilhão, diz: "Sentia positivamente um desejo de explorar-lhe as profundezas, mesmo ao preço do sacrifício que ia fazer; e meu maior pesar era que jamais poderia contar a meus amigos, na praia, os mistérios que iria conhecer". A astrofísica revela mistérios de turbilhões cósmicos ainda mais espetaculares.
A narrativa de Poe é metáfora excelente para uma viagem a um buraco negro. Mesmo que, na Terra, o Maelström tenha provavelmente cedido lugar a uma gigantesca plataforma de petróleo no Atlântico Norte, o cosmo está repleto deles. Uma viagem até um seria ainda mais memorável do que a do herói de Poe.
Buracos negros são formados quando uma estrela de massa bem maior do que a do Sol (ao menos oito vezes) esgota o combustível nuclear em seu interior e finalmente sucumbe à sua própria gravidade. O processo de implosão da estrela é marcado por um dos eventos mais espetaculares e energéticos que existem, uma explosão de supernova.
Após a explosão, que ejeta uma enorme quantidade de matéria e radiação através do espaço, resta um núcleo central, que vai encolhendo cada vez mais, devido à sua própria gravidade. Eventualmente, esse núcleo se transformará em um buraco negro. A força da gravidade de um objeto depende de sua massa e de seu tamanho. Por exemplo, a mesma quantidade de massa pode ter uma gravidade pequena, quando espalhada em um volume maior, ou grande, se concentrada em um volume menor.
Portanto, na medida em que os restos da estrela vão encolhendo, sua gravidade vai aumentando: quanto menor o objeto, mais difícil escapar dele. Em um certo ponto, o objeto é tão compacto, e sua gravidade, tão gigantesca, que nem mesmo a luz pode escapar dele. É então que dizemos que o objeto se transformou em um buraco negro.
Os efeitos estranhos de uma viagem a um buraco negro vêm da associação entre a geometria do espaço (e do tempo) e a quantidade de matéria nele. Segundo a teoria da relatividade de Einstein, matéria encurva o espaço e afeta o fluir do tempo. Um buraco negro é o caso extremo: o espaço à sua volta se fecha sobre si mesmo, como um casulo, e o tempo passa a ficar cada vez mais como o espaço.
Normalmente, podemos viajar em qualquer direção do espaço, mas o tempo só flui para o futuro. Num buraco negro, o oposto ocorre: só existe uma direção possível de viagem, ao seu centro, onde a gravidade é, teoricamente, infinita. De lá ninguém sai. A menos que o buraco negro esteja em rotação, como um redemoinho, um Maelström cósmico.
Nesse caso, o ponto central se abre em uma garganta, uma passagem pelo espaço até outro local no universo. Imagino que, se algum dia alguém conseguir atravessar essa garganta cósmica (chamada buraco de verme), sair com cabelos brancos será irrelevante. Mistérios profundos sobre a estrutura mais íntima do espaço e do tempo lhe seriam revelados. Acho que Poe concordaria comigo.
domingo, 28 de setembro de 2003
domingo, 21 de setembro de 2003
Teller e o preço da paz
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A morte do físico Edward Teller, aos 95 anos, no dia 9 de setembro, marca o fim de uma era na história da relação entre a física nuclear e o poder político. Teller foi o último dos grandes nomes envolvidos com o desenvolvimento de armas nucleares de destruição de massa, trabalhando na área desde a Segunda Guerra. Ele foi também o físico mais influente na política norte-americana de contenção nuclear, que dominou a Guerra Fria por 40 anos.
Sua política pode ser resumida em uma frase: o único caminho para a paz é a absoluta supremacia bélica dos países com fins pacíficos. Conhecido como o "pai da bomba de hidrogênio", bem mais tarde em sua vida confessou detestar esse título. "Nunca fui pai de coisa alguma", disse ele em entrevista na década de 90.
Talvez parte do posicionamento político de Teller possa ser fruto de duas experiências horríveis ainda em sua juventude: a invasão de seu país natal, a Hungria, pelo exército revolucionário soviético e a ascensão do nazismo na Alemanha no início dos anos 30, onde então vivia. Físico brilhante, deve ter decidido desde cedo que o papel social da ciência era promover a paz, mesmo que isto ocorresse às custas da força.
A ironia de sua posição é que os EUA foram, até hoje, o único país que usou bombas nucleares contra populações civis. A lógica do argumento usado para justificar essa ação é macabra: sem a detonação das bombas, os japoneses jamais teriam se rendido. E uma invasão ao Japão causaria muito mais mortes do que as bombas. Sim, de soldados americanos, talvez.
Quando perguntaram a Teller, numa comemoração do 50º aniversário da detonação da primeira bomba, o que achava do uso das bombas em Hiroshima e Nagasaki, respondeu que seu uso havia sido indevido. Uma detonação na alta atmosfera teria servido como demonstração do poder destruidor, fazendo com que o Japão se rendesse.
Por outro lado, argumentou Teller, ele nunca se arrependeu de ter trabalhado no desenvolvimento das bombas. Foram elas, dizia, que garantiram a paz mundial durante a segunda metade do século 20. Aparentemente, Teller esqueceu-se de um detalhe: construir bombas não dá ao construtor poder de decisão sobre quando e onde usá-las. Mesmo assim, enquanto a maioria dos físicos se revoltou contra elas, ele continuou a insistir em seu desenvolvimento.
Teller trabalhou no Projeto Manhattan, responsável pela construção da bomba atômica dos EUA.
As primeiras bombas usaram a fissão nuclear: núcleos atômicos pesados, como o urânio-238 (238 refere-se ao número de prótons, 92, e de nêutrons, 146, no núcleo) ou o plutônio, são literalmente cortados em pedaços (fissionados) por nêutrons livres, que funcionam como pequenas balas de revólver. A cada fissão, mais nêutrons são liberados, os quais, por sua vez, atingem mais núcleos. Cada núcleo libera uma alta quantidade de energia ao ser fissionado. Se o número de nêutrons e núcleos for alto o suficiente, inicia-se uma reação em cadeia. A explosão se deve à fissão descontrolada de trilhões de trilhões de núcleos.
Terminada a guerra, Teller foi para a Universidade de Chicago. Quando os soviéticos detonaram sua primeira bomba, em 1949, Teller convenceu o presidente Harry Truman a criar uma mais mortífera, a bomba de hidrogênio, ou bomba H, que ele chamava de "superbomba".
A detonação da bomba H se baseia na fusão nuclear: em vez de obter energia dividindo núcleos pesados, como na fissão, ela vem da fusão de núcleos de hidrogênio. É o mecanismo que ocorre no interior do Sol, responsável pela sua gigantesca produção de energia. A detonação de uma bomba H, efetivamente, é como um minissol que dura apenas um instante. A primeira explodiu em 1952, em Eniwetok, no oceano Pacífico.
Com a Guerra Fria, Teller teve a idéia de juntar a hegemonia da tecnologia espacial norte-americana com sua política de paz, a qualquer custo. Em 1983, ele convenceu o presidente Ronald Reagan a construir um sistema antimísseis, conhecido como "Guerra nas Estrelas", que falhou miseravelmente.
Mas Teller não desistiu. Quando George W. Bush decidiu reiniciar a construção do sistema, em 2001, ele comemorou: "Até que enfim!" Teller morreu acreditando em sua política. E tentando esquecer os horrores causados por ela.
A morte do físico Edward Teller, aos 95 anos, no dia 9 de setembro, marca o fim de uma era na história da relação entre a física nuclear e o poder político. Teller foi o último dos grandes nomes envolvidos com o desenvolvimento de armas nucleares de destruição de massa, trabalhando na área desde a Segunda Guerra. Ele foi também o físico mais influente na política norte-americana de contenção nuclear, que dominou a Guerra Fria por 40 anos.
Sua política pode ser resumida em uma frase: o único caminho para a paz é a absoluta supremacia bélica dos países com fins pacíficos. Conhecido como o "pai da bomba de hidrogênio", bem mais tarde em sua vida confessou detestar esse título. "Nunca fui pai de coisa alguma", disse ele em entrevista na década de 90.
Talvez parte do posicionamento político de Teller possa ser fruto de duas experiências horríveis ainda em sua juventude: a invasão de seu país natal, a Hungria, pelo exército revolucionário soviético e a ascensão do nazismo na Alemanha no início dos anos 30, onde então vivia. Físico brilhante, deve ter decidido desde cedo que o papel social da ciência era promover a paz, mesmo que isto ocorresse às custas da força.
A ironia de sua posição é que os EUA foram, até hoje, o único país que usou bombas nucleares contra populações civis. A lógica do argumento usado para justificar essa ação é macabra: sem a detonação das bombas, os japoneses jamais teriam se rendido. E uma invasão ao Japão causaria muito mais mortes do que as bombas. Sim, de soldados americanos, talvez.
Quando perguntaram a Teller, numa comemoração do 50º aniversário da detonação da primeira bomba, o que achava do uso das bombas em Hiroshima e Nagasaki, respondeu que seu uso havia sido indevido. Uma detonação na alta atmosfera teria servido como demonstração do poder destruidor, fazendo com que o Japão se rendesse.
Por outro lado, argumentou Teller, ele nunca se arrependeu de ter trabalhado no desenvolvimento das bombas. Foram elas, dizia, que garantiram a paz mundial durante a segunda metade do século 20. Aparentemente, Teller esqueceu-se de um detalhe: construir bombas não dá ao construtor poder de decisão sobre quando e onde usá-las. Mesmo assim, enquanto a maioria dos físicos se revoltou contra elas, ele continuou a insistir em seu desenvolvimento.
Teller trabalhou no Projeto Manhattan, responsável pela construção da bomba atômica dos EUA.
As primeiras bombas usaram a fissão nuclear: núcleos atômicos pesados, como o urânio-238 (238 refere-se ao número de prótons, 92, e de nêutrons, 146, no núcleo) ou o plutônio, são literalmente cortados em pedaços (fissionados) por nêutrons livres, que funcionam como pequenas balas de revólver. A cada fissão, mais nêutrons são liberados, os quais, por sua vez, atingem mais núcleos. Cada núcleo libera uma alta quantidade de energia ao ser fissionado. Se o número de nêutrons e núcleos for alto o suficiente, inicia-se uma reação em cadeia. A explosão se deve à fissão descontrolada de trilhões de trilhões de núcleos.
Terminada a guerra, Teller foi para a Universidade de Chicago. Quando os soviéticos detonaram sua primeira bomba, em 1949, Teller convenceu o presidente Harry Truman a criar uma mais mortífera, a bomba de hidrogênio, ou bomba H, que ele chamava de "superbomba".
A detonação da bomba H se baseia na fusão nuclear: em vez de obter energia dividindo núcleos pesados, como na fissão, ela vem da fusão de núcleos de hidrogênio. É o mecanismo que ocorre no interior do Sol, responsável pela sua gigantesca produção de energia. A detonação de uma bomba H, efetivamente, é como um minissol que dura apenas um instante. A primeira explodiu em 1952, em Eniwetok, no oceano Pacífico.
Com a Guerra Fria, Teller teve a idéia de juntar a hegemonia da tecnologia espacial norte-americana com sua política de paz, a qualquer custo. Em 1983, ele convenceu o presidente Ronald Reagan a construir um sistema antimísseis, conhecido como "Guerra nas Estrelas", que falhou miseravelmente.
Mas Teller não desistiu. Quando George W. Bush decidiu reiniciar a construção do sistema, em 2001, ele comemorou: "Até que enfim!" Teller morreu acreditando em sua política. E tentando esquecer os horrores causados por ela.
domingo, 14 de setembro de 2003
Criação ou descoberta?
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Fala-se muito no grande abismo entre ciência e arte, a primeira lógica, objetiva, enquanto a segunda é intuitiva, subjetiva. O poeta inglês John Keats acusou seu conterrâneo Isaac Newton de ter "desfiado o arco-íris" com suas explicações físicas sobre a difração da luz. Ou seja, explicar racionalmente algo de belo que existe no mundo é insultar a sua existência, tirar a sua poesia.
É o velho problema das "Duas Culturas", que o escritor e físico inglês C.P. Snow, em um pronunciamento de 1959, acusou de estar levando à desintegração sociocultural, à fossilização da criatividade moderna. Segundo ele, apenas a reintegração das duas culturas levará a humanidade a novas respostas para alguns de seus maiores desafios.
Um leitor desta coluna me escreveu recentemente pedindo que eu esclarecesse a distinção entre descoberta e criação. Mais especificamente, a diferença entre as duas dentro da ciência.
Nós criamos ou descobrimos a ciência? Será que as nossas teorias e os nossos teoremas estão codificados de algum modo na natureza e tudo o que faz um cientista é "des-cobri-los", levantar a coberta que os esconde, revelando seu significado? Ou será que os criamos, usando nossa intuição, observação e lógica?
Complicada, essa pergunta. E profundamente ligada à questão das duas culturas. Se fosse prudente, parava por aqui, citando a minha sábia avó, que dizia que "criar é coisa de Deus, descobrir é coisa de gente". Mas por que não tentar inverter isso, fazer do homem criador e não só criatura? Afinal, descobrir é emocionante, mas bem mais passivo do que criar.
Comecemos pelo "Aurélio". "Criar" significa dar existência a; dar origem a; formar; imaginar. "Descobrir" significa tirar cobertura que ocultava, deixando à vista; encontrar pela primeira vez; revelar etc. À primeira vista, a distinção entre as duas culturas está nessas definições.
O artista é o criador, ele ou ela dá existência a algo que não existia, enquanto o cientista é o descobridor, aquele que revela o significado oculto das coisas, sem criá-las. Beethoven criou a sua Nona Sinfonia, certo? Ela não existia antes de ele existir. Já Newton descobriu as três leis do movimento -elas estavam lá, escondidas na natureza, esperando para serem reveladas pela mente certa.
Muita gente pode se contentar com essa explicação e dar o caso por encerrado. Mas eu não. Para mim, a ciência é uma criação, tão criação quanto uma obra de arte. O fato de arte e ciência obedecerem a critérios de validade diferentes, de a ciência ter uma aceitação baseada no método científico, que provê meios para que teorias sejam testadas frente a observações, não muda a minha opinião. Ciência é criação do homem, fruto de nossos cérebros e de nosso modo de ver o mundo. Para entender isso, basta examinarmos um exemplo de sua história.
Aristóteles dizia que a gravidade vinha da tendência dos corpos de voltarem ao seu lugar de origem: uma pedra caía no chão porque foi de lá que ela tinha vindo. Newton, no século 17, propôs que a gravidade era uma força entre quaisquer corpos materiais, com intensidade proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado de sua distância. Einstein, em 1916, disse que a gravidade vem da curvatura do espaço em torno de um corpo maciço, reduzindo-a a um efeito geométrico.
Todas essas teorias foram propostas para explicar os mesmos fenômenos. Imagino que Einstein não terá a última palavra: a gravidade será explicada de formas diferentes, na medida em que o conhecimento científico avançar. Junto com novas tecnologias e novos conceitos surgem novas representações do mundo natural. Pode-se descobrir um novo fenômeno, mas sua explicação é criada.
Pensemos agora em uma outra história, a da representação gráfica da crucificação de Cristo. No século 13 era uma coisa, na Renascença, outra, no século 18, ainda outra, e no 21, outra completamente diferente. O evento é o mesmo, mas a sua representação gráfica muda, porque muda a perspectiva artística. É perfeitamente razoável para um artista recriar a crucificação como um amálgama do seu subjetivismo e dos valores culturais da época em que vive. A visão artística está sempre em transformação.
A científica também está. Ciência é uma construção humana, criada para que possamos compreender o mundo em que vivemos. O que se descobre são novos modos de criar.
Fala-se muito no grande abismo entre ciência e arte, a primeira lógica, objetiva, enquanto a segunda é intuitiva, subjetiva. O poeta inglês John Keats acusou seu conterrâneo Isaac Newton de ter "desfiado o arco-íris" com suas explicações físicas sobre a difração da luz. Ou seja, explicar racionalmente algo de belo que existe no mundo é insultar a sua existência, tirar a sua poesia.
É o velho problema das "Duas Culturas", que o escritor e físico inglês C.P. Snow, em um pronunciamento de 1959, acusou de estar levando à desintegração sociocultural, à fossilização da criatividade moderna. Segundo ele, apenas a reintegração das duas culturas levará a humanidade a novas respostas para alguns de seus maiores desafios.
Um leitor desta coluna me escreveu recentemente pedindo que eu esclarecesse a distinção entre descoberta e criação. Mais especificamente, a diferença entre as duas dentro da ciência.
Nós criamos ou descobrimos a ciência? Será que as nossas teorias e os nossos teoremas estão codificados de algum modo na natureza e tudo o que faz um cientista é "des-cobri-los", levantar a coberta que os esconde, revelando seu significado? Ou será que os criamos, usando nossa intuição, observação e lógica?
Complicada, essa pergunta. E profundamente ligada à questão das duas culturas. Se fosse prudente, parava por aqui, citando a minha sábia avó, que dizia que "criar é coisa de Deus, descobrir é coisa de gente". Mas por que não tentar inverter isso, fazer do homem criador e não só criatura? Afinal, descobrir é emocionante, mas bem mais passivo do que criar.
Comecemos pelo "Aurélio". "Criar" significa dar existência a; dar origem a; formar; imaginar. "Descobrir" significa tirar cobertura que ocultava, deixando à vista; encontrar pela primeira vez; revelar etc. À primeira vista, a distinção entre as duas culturas está nessas definições.
O artista é o criador, ele ou ela dá existência a algo que não existia, enquanto o cientista é o descobridor, aquele que revela o significado oculto das coisas, sem criá-las. Beethoven criou a sua Nona Sinfonia, certo? Ela não existia antes de ele existir. Já Newton descobriu as três leis do movimento -elas estavam lá, escondidas na natureza, esperando para serem reveladas pela mente certa.
Muita gente pode se contentar com essa explicação e dar o caso por encerrado. Mas eu não. Para mim, a ciência é uma criação, tão criação quanto uma obra de arte. O fato de arte e ciência obedecerem a critérios de validade diferentes, de a ciência ter uma aceitação baseada no método científico, que provê meios para que teorias sejam testadas frente a observações, não muda a minha opinião. Ciência é criação do homem, fruto de nossos cérebros e de nosso modo de ver o mundo. Para entender isso, basta examinarmos um exemplo de sua história.
Aristóteles dizia que a gravidade vinha da tendência dos corpos de voltarem ao seu lugar de origem: uma pedra caía no chão porque foi de lá que ela tinha vindo. Newton, no século 17, propôs que a gravidade era uma força entre quaisquer corpos materiais, com intensidade proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado de sua distância. Einstein, em 1916, disse que a gravidade vem da curvatura do espaço em torno de um corpo maciço, reduzindo-a a um efeito geométrico.
Todas essas teorias foram propostas para explicar os mesmos fenômenos. Imagino que Einstein não terá a última palavra: a gravidade será explicada de formas diferentes, na medida em que o conhecimento científico avançar. Junto com novas tecnologias e novos conceitos surgem novas representações do mundo natural. Pode-se descobrir um novo fenômeno, mas sua explicação é criada.
Pensemos agora em uma outra história, a da representação gráfica da crucificação de Cristo. No século 13 era uma coisa, na Renascença, outra, no século 18, ainda outra, e no 21, outra completamente diferente. O evento é o mesmo, mas a sua representação gráfica muda, porque muda a perspectiva artística. É perfeitamente razoável para um artista recriar a crucificação como um amálgama do seu subjetivismo e dos valores culturais da época em que vive. A visão artística está sempre em transformação.
A científica também está. Ciência é uma construção humana, criada para que possamos compreender o mundo em que vivemos. O que se descobre são novos modos de criar.
domingo, 7 de setembro de 2003
Independência e Marte!
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Este é um período difícil para os entusiastas da exploração espacial: a agência americana Nasa está comendo fogo após o relatório da comissão que examinou os motivos da trágica explosão do ônibus espacial Columbia. O Brasil, por sua vez, perdeu o seu terceiro foguete na base de Alcântara.
Marcelo Gleiser é professor de física teóri
Este é um período difícil para os entusiastas da exploração espacial: a agência americana Nasa está comendo fogo após o relatório da comissão que examinou os motivos da trágica explosão do ônibus espacial Columbia. O Brasil, por sua vez, perdeu o seu terceiro foguete na base de Alcântara.
Ambos os acidentes custaram vidas humanas e, como na maioria dos acidentes causados por falhas técnicas, poderiam ter sido evitados. Tal como em crimes, é sempre bem mais fácil achar os culpados após a sua ocorrência. O duro é construir um sistema tão robusto que seja à prova de falhas e acidentes. Ou uma sociedade à prova de crimes.
Seria bom se a mesma dedicação fosse despendida tanto antes do acidente quanto depois. Mesmo que esse seja, obviamente, o objetivo de qualquer agência espacial -ninguém gosta de falhar-, na prática a situação é bem mais complicada: testes e controle de qualidade são custosos e dependem tanto da disponibilidade de pessoal treinado quanto de uma flexibilidade burocrática que é rara em grandes agências.
O que fazer, então? Suspender a corrida espacial? Impossível. No caso do Brasil, é imprescindível que o país atinja ao menos um nível básico de independência em tecnologia espacial, de modo a não ter de pagar à França, aos EUA ou à China para lançar os seus satélites. Aqueles que argumentam que o Brasil tem já muitos problemas e que lançar foguetes é uma tolice que deveria ser abandonada estão confundindo as bolas. Tomar conta de educação, saúde e fome da população não exclui o desenvolvimento de tecnologias de ponta no país.
Existe mesmo uma relação dual, aqui: sem um time de engenheiros e cientistas treinados, fica impossível atingir essa hegemonia tecnológica. E, sem programas de incentivo educacional, fica difícil motivar os jovens a seguirem carreiras nessas áreas. Quantas crianças não sonham em ser astronautas? Ou, ao menos, engenheiros aeroespaciais? Será que é tão absurdo assim pensar que, um dia, um brasileiro viajará à Lua numa espaçonave brasileira? E que será a bandeira do Brasil que iremos ver fincada na sua superfície? Não será mais absurdo achar que isso é impossível, que nós jamais seremos capazes de tal feito tecnológico? Que o nosso negócio é só com samba e futebol?
Enquanto isso, Marte brilha nos céus com uma luz que não se via há quase 60 mil anos e que demorará mais 281 anos para ser repetida. Escrevo este ensaio na noite em que o planeta vermelho atingiu a sua proximidade maior, 56 milhões de quilômetros. Saí de casa em torno das 22h e olhei na direção sudoeste, onde o planeta surge aqui na Nova Inglaterra.
Marte era o objeto mais brilhante nos céus, uma explosão de luz alaranjada ofuscando tudo mais que piscava ao seu redor. E me lembrei de como vi o mesmo planeta há duas semanas, nascendo juntamente com a Lua minguante nos céus de Búzios, no Rio de Janeiro. Era o mesmo planeta, lá e cá, mas sem dúvida mais belo lá, flutuando sobre a baía da Ferradura, do que cá, onde surgiu sobre uma floresta de pinheiros.
Para quem cresceu olhando para o Cruzeiro do Sul, um céu sem ele não é tanto um céu quanto um amontoado de estrelas. Belíssimas, mas apenas isso.
Não deveremos aprender nada de novo com a proximidade de Marte. Afinal, sondas já pousaram no planeta, e uma nova esquadrilha se dirige para lá no momento. A aproximação celebrada não tem tanto valor científico quanto cultural. As pessoas têm um enorme fascínio por Marte, o deus da guerra, que por tanto tempo inflou os sonhos de tantos com a possibilidade de vida extraterrestre.
Hoje, sabemos que, se existiu vida lá, foi só em um passado distante, quando Marte supostamente tinha um ambiente mais hospitaleiro aos compostos de carbono que executam alguma forma de metabolismo. Isso não significa que o planeta seja menos interessante.
Vulcões extintos recentemente, vales e enormes montanhas, a presença de água, tudo isso contribui para aguçar a curiosidade. Ao aprendermos sobre Marte estamos aprendendo sobre nós mesmos, sobre a história do Sistema Solar.
E, quem sabe, um dia isso não será feito com espaçonaves brasileiras? Absurdo? Espero que não.
Independência e Marte!
Marcelo Gleiser é professor de física teóri
domingo, 31 de agosto de 2003
O quantum e a onda
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O grande físico dinamarquês Niels Bohr, ao receber a Ordem do Elefante de seu rei, escolheu como brasão o símbolo taoísta do Yin-Yang, o círculo com duas formas simétricas, uma preta e outra branca, cada uma com a semente da outra em seu interior. Como legenda, Bohr usou "Contraria sunt complementa", os opostos se complementam.
Estranha, aparentemente, a escolha de Bohr, um dos pioneiros da física quântica, a física dos átomos, de seus núcleos e das partículas elementares da matéria. Na verdade, a escolha estava bem de acordo com a interpretação de Bohr da estranha realidade do quantum, a chamada Interpretação de Copenhagen.
O desenvolvimento da física quântica nas três primeiras décadas do século passado foi um dos episódios mais ricos e dramáticos da história da ciência.
Até o final do século 19, a física era dominada por duas teorias, a da mecânica e da gravitação newtonianas e a do eletromagnetismo. A mecânica descrevia os movimentos dos objetos sob ação de forças, incluindo a gravidade. O eletromagnetismo descrevia o comportamento das cargas elétricas e ímãs, ou melhor, dos campos eletromagnéticos. Uma das distinções mais claras no mundo clássico era entre uma partícula, objeto localizado no espaço -em geral visualizado como uma pequena esfera-, e uma onda, objeto espalhado pelo espaço, sem uma posição única. Podia-se até dizer que partícula e onda eram antônimos.
Em 1897, o inglês J.J. Thomson descobriu a primeira partícula elementar da matéria, o elétron (elementar significa que a partícula não poderia ser dividida em outras menores). Já a luz era visualizada como uma onda se propagando pelo espaço numa determinada frequência.
Um dos problemas com a física clássica era justamente juntar esses dois objetos em um átomo. Isso porque se imaginava, no início do século 20, que o átomo era formado de um núcleo com carga positiva circundado por elétrons com carga negativa, como um minissistema solar.
Segundo o eletromagnetismo, uma carga elétrica em movimento acelerado -como o elétron girando em torno do núcleo- irradiaria sua energia em ondas eletromagnéticas (como a luz visível). Caso isso fosse correto, o átomo não poderia ser estável, pois o elétron acabaria caindo em espiral sobre o núcleo.
Em 1913, Bohr sugeriu que o átomo não obedecia às mesmas regras da física clássica; uma nova física era necessária. Passos nessa direção já haviam sido dados pelo físico alemão Max Planck, que em 1900 mostrou que átomos emitem e absorvem energia em pacotes, que chamou de "quanta" (plural de "quantum"), e por Einstein, que em 1905 sugeriu que a própria luz (ou radiação eletromagnética) também poderia ser interpretada como sendo composta de partículas (e não só como ondas), que mais tarde receberam o nome de fótons, os quanta de luz.
Com seu átomo, Bohr criou uma nova entidade, que já não cabia na física clássica. Doze anos mais tarde surge a mecânica quântica, que abandonou de vez a formulação clássica do movimento dos objetos. Não que a física clássica esteja errada -ela só não é aplicável aos processos que ocorrem nas dimensões atômicas.
No mundo do muito pequeno, onda e quantum se misturam. E não só na radiação eletromagnética. O elétron e todas as partículas (prótons, nêutrons, neutrinos etc.) podem se comportar tanto como onda quanto como partícula. A distinção só existe em nossas cabeças, incapazes de imaginar algo que pode ser ambos ao mesmo tempo. Os contrários se complementam, coexistem.
A realidade física do objeto de estudo, por exemplo um elétron, irá depender de como a estamos testando: se o experimento for de colisão, ele será partícula, se de difração, ele será onda. Antes de ele ser medido, não podemos nem afirmar o que um elétron é. Ou se ele é.
No mundo quântico, a realidade é determinada através da interação do observador com o observado. Ou seja, é impossível observar o mundo sem interagir com ele e afetá-lo de alguma forma. Até que ponto isso é verdade além do átomo é algo que fica para outro dia.
O grande físico dinamarquês Niels Bohr, ao receber a Ordem do Elefante de seu rei, escolheu como brasão o símbolo taoísta do Yin-Yang, o círculo com duas formas simétricas, uma preta e outra branca, cada uma com a semente da outra em seu interior. Como legenda, Bohr usou "Contraria sunt complementa", os opostos se complementam.
Estranha, aparentemente, a escolha de Bohr, um dos pioneiros da física quântica, a física dos átomos, de seus núcleos e das partículas elementares da matéria. Na verdade, a escolha estava bem de acordo com a interpretação de Bohr da estranha realidade do quantum, a chamada Interpretação de Copenhagen.
O desenvolvimento da física quântica nas três primeiras décadas do século passado foi um dos episódios mais ricos e dramáticos da história da ciência.
Até o final do século 19, a física era dominada por duas teorias, a da mecânica e da gravitação newtonianas e a do eletromagnetismo. A mecânica descrevia os movimentos dos objetos sob ação de forças, incluindo a gravidade. O eletromagnetismo descrevia o comportamento das cargas elétricas e ímãs, ou melhor, dos campos eletromagnéticos. Uma das distinções mais claras no mundo clássico era entre uma partícula, objeto localizado no espaço -em geral visualizado como uma pequena esfera-, e uma onda, objeto espalhado pelo espaço, sem uma posição única. Podia-se até dizer que partícula e onda eram antônimos.
Em 1897, o inglês J.J. Thomson descobriu a primeira partícula elementar da matéria, o elétron (elementar significa que a partícula não poderia ser dividida em outras menores). Já a luz era visualizada como uma onda se propagando pelo espaço numa determinada frequência.
Um dos problemas com a física clássica era justamente juntar esses dois objetos em um átomo. Isso porque se imaginava, no início do século 20, que o átomo era formado de um núcleo com carga positiva circundado por elétrons com carga negativa, como um minissistema solar.
Segundo o eletromagnetismo, uma carga elétrica em movimento acelerado -como o elétron girando em torno do núcleo- irradiaria sua energia em ondas eletromagnéticas (como a luz visível). Caso isso fosse correto, o átomo não poderia ser estável, pois o elétron acabaria caindo em espiral sobre o núcleo.
Em 1913, Bohr sugeriu que o átomo não obedecia às mesmas regras da física clássica; uma nova física era necessária. Passos nessa direção já haviam sido dados pelo físico alemão Max Planck, que em 1900 mostrou que átomos emitem e absorvem energia em pacotes, que chamou de "quanta" (plural de "quantum"), e por Einstein, que em 1905 sugeriu que a própria luz (ou radiação eletromagnética) também poderia ser interpretada como sendo composta de partículas (e não só como ondas), que mais tarde receberam o nome de fótons, os quanta de luz.
Com seu átomo, Bohr criou uma nova entidade, que já não cabia na física clássica. Doze anos mais tarde surge a mecânica quântica, que abandonou de vez a formulação clássica do movimento dos objetos. Não que a física clássica esteja errada -ela só não é aplicável aos processos que ocorrem nas dimensões atômicas.
No mundo do muito pequeno, onda e quantum se misturam. E não só na radiação eletromagnética. O elétron e todas as partículas (prótons, nêutrons, neutrinos etc.) podem se comportar tanto como onda quanto como partícula. A distinção só existe em nossas cabeças, incapazes de imaginar algo que pode ser ambos ao mesmo tempo. Os contrários se complementam, coexistem.
A realidade física do objeto de estudo, por exemplo um elétron, irá depender de como a estamos testando: se o experimento for de colisão, ele será partícula, se de difração, ele será onda. Antes de ele ser medido, não podemos nem afirmar o que um elétron é. Ou se ele é.
No mundo quântico, a realidade é determinada através da interação do observador com o observado. Ou seja, é impossível observar o mundo sem interagir com ele e afetá-lo de alguma forma. Até que ponto isso é verdade além do átomo é algo que fica para outro dia.
domingo, 24 de agosto de 2003
Um mundo de cordas
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A física moderna sofre de um sério problema matrimonial: suas duas teorias mais fundamentais, a teoria da relatividade geral de Einstein -que descreve a gravidade- e a mecânica quântica -que descreve os átomos, as partículas elementares da matéria e suas interações-, são incompatíveis.
O problema vem da grande diferença de intensidade entre a gravidade e as outras três forças que regem o comportamento das partículas elementares, a força eletromagnética e as forças nucleares forte e fraca. A gravidade é muito mais fraca, tendo um papel irrelevante na interação entre os tijolos fundamentais da matéria, ao menos nas energias que podemos testar até agora.
Essa diferença entre as forças da natureza leva a uma série de questões. Primeiro, por que ela existe? Deve haver um motivo para tal. Segundo, será que essa diferença não muda quando estudamos o comportamento da matéria a altas energias, bem mais altas do que as que experimentamos em nosso dia-a-dia? Terceiro, será que essas forças e seu comportamento têm alguma relação com o número de dimensões do espaço?
Einstein, durante as três últimas décadas de sua vida, dedicou-se à busca de uma teoria unificada das forças, na época apenas a gravidade e o eletromagnetismo. Segundo ele, seguindo um veio filosófico inspirado por idéias platônicas, a natureza, em sua essência, deve ser simples, e sua ordem, expressa geometricamente. Ou seja, a geometria deve ter um papel básico na descrição da ordem e da simetria que há na natureza. Mesmo nas simetrias que não são aparentes aos olhos, como a simetria matemática entre as forças que regem os processo naturais envolvendo as partículas de matéria.
Einstein não conseguiu obter a teoria unificada, mas seus esforços originaram uma busca que continua até hoje. Sem dúvida, ele mal reconheceria as teorias unificadas atuais. A mais importante, a teoria das supercordas, pressupõe um Universo existindo em dez dimensões (ou 11, dependendo da versão da teoria), onde as entidades fundamentais da matéria não são partículas, mas cordas minúsculas e muito finas.
Essas teorias foram desenvolvidas nos anos 60 para explicar o estranho comportamento dos quarks, que compõem as partículas que interagem através da força nuclear forte, incluindo o próton e o nêutron. Um próton é formado por três quarks que nunca são vistos isoladamente. Pense nele como uma laranja e nos quarks como sementes que jamais podem ser extraídas de seu interior. As cordas foram originalmente criadas para explicar esse comportamento bizarro, chamado de confinamento.
Logo em seguida, nos anos 70, se descobriu que as cordas poderiam ser generalizadas para explicar tanto as partículas de matéria quanto as partículas que transmitem as interações entre as partículas de matéria, as chamadas partículas de força. Um exemplo de partícula de força é o fóton, que transmite a força eletromagnética entre duas partículas com carga. Tais como cordas normais, essas cordas fundamentais podem vibrar de vários modos, cada um deles com uma determinada energia. As partículas existentes são associadas aos vários modos de vibração das cordas.
Um dos modos de vibração das cordas é equivalente às partículas que transmitem a força gravitacional, os grávitons. Ou seja, as cordas podem, em princípio, descrever todas as forças da natureza a partir dos padrões geométricos de suas vibrações. Mais ainda, elas só fazem sentido em dez dimensões, nove espaciais e uma temporal (ou 11, nas "teorias-M", que reúnem os cinco tipos possíveis de supercordas). Isso pode explicar qual a dimensionalidade do espaço.
A resposta que temos, três, é devido à observação de que vivemos em três dimensões. Se existem outras, elas são menores do que podemos detectar. Compreender isso como consequência de uma teoria sobre a estrutura material do mundo é ligar, de modo profundo, o espaço e o tempo com a matéria.
Só resta agora o teste experimental. Qualquer teoria, por mais bela, tem de ser testada. Até agora, não existe indicação alguma de que a teoria das supercordas seja verdadeira. Mas nos próximos anos isso pode mudar, com novos experimentos em andamento capazes de comprovar a realidade das supercordas e resolver o casamento da relatividade com a mecânica quântica. Ou não.
A física moderna sofre de um sério problema matrimonial: suas duas teorias mais fundamentais, a teoria da relatividade geral de Einstein -que descreve a gravidade- e a mecânica quântica -que descreve os átomos, as partículas elementares da matéria e suas interações-, são incompatíveis.
O problema vem da grande diferença de intensidade entre a gravidade e as outras três forças que regem o comportamento das partículas elementares, a força eletromagnética e as forças nucleares forte e fraca. A gravidade é muito mais fraca, tendo um papel irrelevante na interação entre os tijolos fundamentais da matéria, ao menos nas energias que podemos testar até agora.
Essa diferença entre as forças da natureza leva a uma série de questões. Primeiro, por que ela existe? Deve haver um motivo para tal. Segundo, será que essa diferença não muda quando estudamos o comportamento da matéria a altas energias, bem mais altas do que as que experimentamos em nosso dia-a-dia? Terceiro, será que essas forças e seu comportamento têm alguma relação com o número de dimensões do espaço?
Einstein, durante as três últimas décadas de sua vida, dedicou-se à busca de uma teoria unificada das forças, na época apenas a gravidade e o eletromagnetismo. Segundo ele, seguindo um veio filosófico inspirado por idéias platônicas, a natureza, em sua essência, deve ser simples, e sua ordem, expressa geometricamente. Ou seja, a geometria deve ter um papel básico na descrição da ordem e da simetria que há na natureza. Mesmo nas simetrias que não são aparentes aos olhos, como a simetria matemática entre as forças que regem os processo naturais envolvendo as partículas de matéria.
Einstein não conseguiu obter a teoria unificada, mas seus esforços originaram uma busca que continua até hoje. Sem dúvida, ele mal reconheceria as teorias unificadas atuais. A mais importante, a teoria das supercordas, pressupõe um Universo existindo em dez dimensões (ou 11, dependendo da versão da teoria), onde as entidades fundamentais da matéria não são partículas, mas cordas minúsculas e muito finas.
Essas teorias foram desenvolvidas nos anos 60 para explicar o estranho comportamento dos quarks, que compõem as partículas que interagem através da força nuclear forte, incluindo o próton e o nêutron. Um próton é formado por três quarks que nunca são vistos isoladamente. Pense nele como uma laranja e nos quarks como sementes que jamais podem ser extraídas de seu interior. As cordas foram originalmente criadas para explicar esse comportamento bizarro, chamado de confinamento.
Logo em seguida, nos anos 70, se descobriu que as cordas poderiam ser generalizadas para explicar tanto as partículas de matéria quanto as partículas que transmitem as interações entre as partículas de matéria, as chamadas partículas de força. Um exemplo de partícula de força é o fóton, que transmite a força eletromagnética entre duas partículas com carga. Tais como cordas normais, essas cordas fundamentais podem vibrar de vários modos, cada um deles com uma determinada energia. As partículas existentes são associadas aos vários modos de vibração das cordas.
Um dos modos de vibração das cordas é equivalente às partículas que transmitem a força gravitacional, os grávitons. Ou seja, as cordas podem, em princípio, descrever todas as forças da natureza a partir dos padrões geométricos de suas vibrações. Mais ainda, elas só fazem sentido em dez dimensões, nove espaciais e uma temporal (ou 11, nas "teorias-M", que reúnem os cinco tipos possíveis de supercordas). Isso pode explicar qual a dimensionalidade do espaço.
A resposta que temos, três, é devido à observação de que vivemos em três dimensões. Se existem outras, elas são menores do que podemos detectar. Compreender isso como consequência de uma teoria sobre a estrutura material do mundo é ligar, de modo profundo, o espaço e o tempo com a matéria.
Só resta agora o teste experimental. Qualquer teoria, por mais bela, tem de ser testada. Até agora, não existe indicação alguma de que a teoria das supercordas seja verdadeira. Mas nos próximos anos isso pode mudar, com novos experimentos em andamento capazes de comprovar a realidade das supercordas e resolver o casamento da relatividade com a mecânica quântica. Ou não.
domingo, 17 de agosto de 2003
Sobre o método
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É comum dizer que a ciência busca a verdade. Mas que verdade é essa? O próprio sentido da palavra verdade pode ser discutido: ela é uma daquelas palavras que são mais fáceis de entender do que de explicar. No "Dicionário Aurélio", a primeira definição de verdade é "conformidade com o real". Portanto, a definição de verdade depende do que chamamos de real. Antes de aceitarmos conjuntamente o que é verdade, precisamos concordar com o que seja o real.
Uma opção é definir como real aquilo que percebemos com os nossos sentidos e que pode ser medido. (Aqui se incluem medidas obtidas com instrumentos que ampliam os nossos limitados sentidos, como telescópios, microscópios, amperímetros etc.). A grande vantagem dessa definição é a sua simplicidade: realidade é o conjunto de todas as coisas reais. E verdade é o que está de acordo com essa realidade concreta, mensurável.
Mas essa definição tem alguns problemas. Um deles é com a matemática. Se peço para o leitor imaginar um círculo, imediatamente a figura geométrica ganha vida em sua mente. Mas ela não foi vista, cheirada ou tocada por ninguém. Será menos real por isso? Basear a definição do real no que é perceptível, no que vem exclusivamente de fora para dentro, talvez não seja uma idéia tão boa. Aliás, idéias apresentam outra dificuldade. Apesar de não serem percebidas pelos nossos sentidos, elas não deixam de ser reais. O mesmo com sentimentos. Ninguém vê ou ouve saudades. Mas o sentimento existe. Real não significa necessariamente o que é concreto.
Para simplificar as coisas, podemos separar a definição de real em duas partes: o real objetivo e o subjetivo. Uma cadeira faz parte de uma realidade objetiva: qualquer pessoa sã (outro problema, definir sanidade e sua relação com o que é ou não real) vê a mesma cadeira. (Por não-sã defino aquelas que não acham que a cadeira que 1 milhão de pessoas vêem seja uma cadeira.) A idéia de círculo, mesmo que existente apenas na cabeça das pessoas, faz parte do real objetivo: as pessoas concordam que um círculo é uma figura cujo centro é equidistante de todos os seus pontos. Existe uma relação matemática única para definir a idéia de círculo, o que o torna parte da realidade objetiva.
Já o real subjetivo não é mensurável de forma única. Eis um exemplo. Um grupo de brasileiros mora no exterior há dez anos. Alguns sentem saudades e sabem disso, outros não. O sentimento é real. Mas ele não tem uma realidade objetiva, pois não existe um critério único para a sua medida. A intensidade da emoção é mensurável (talvez usando um aparelho de ressonância magnética funcional seja até possível localizar a região do cérebro responsável pela saudade). Mas ela é subjetiva; passar dez anos fora pode ou não causar saudades em brasileiros. No entanto, todos eles irão concordar com o que seja um círculo com raio de um metro.
As ciências naturais tratam da descrição da realidade objetiva. O que não tem existência concreta pode ser descrito por relações matemáticas únicas. Exemplos não incluem apenas objetos geométricos, como o círculo ou o triângulo. Leis físicas também fazem parte dessa realidade objetiva. Quando se diz que a energia em processos físicos é conservada, podendo ser transformada, mas não criada, está se falando de algo mensurável, a quantidade de energia de um sistema antes e depois de um determinado fenômeno. Por exemplo, um carro antes e depois de uma viagem, onde a energia química armazenada na gasolina é transformada em movimento e calor devido ao atrito com o ar, com o chão e nos seus mecanismos. Essas leis físicas são a melhor aproximação que a ciência pode oferecer da "verdade".
Por que as aspas? Porque nada pode ser afirmado com absoluta certeza. Não existem medidas absolutamente precisas, incluindo aquelas que medem a quantidade total de energia de um sistema antes e depois de um fenômeno qualquer. Pode-se apenas afirmar que, dentro da precisão existente, essa ou aquela lei é válida. Portanto, toda lei física é apenas aproximadamente válida. Isso torna a verdade intrinsecamente humana: afinal, ela avança lado a lado conosco, tornando-se cada vez mais, mas nunca absolutamente, verdadeira.
É comum dizer que a ciência busca a verdade. Mas que verdade é essa? O próprio sentido da palavra verdade pode ser discutido: ela é uma daquelas palavras que são mais fáceis de entender do que de explicar. No "Dicionário Aurélio", a primeira definição de verdade é "conformidade com o real". Portanto, a definição de verdade depende do que chamamos de real. Antes de aceitarmos conjuntamente o que é verdade, precisamos concordar com o que seja o real.
Uma opção é definir como real aquilo que percebemos com os nossos sentidos e que pode ser medido. (Aqui se incluem medidas obtidas com instrumentos que ampliam os nossos limitados sentidos, como telescópios, microscópios, amperímetros etc.). A grande vantagem dessa definição é a sua simplicidade: realidade é o conjunto de todas as coisas reais. E verdade é o que está de acordo com essa realidade concreta, mensurável.
Mas essa definição tem alguns problemas. Um deles é com a matemática. Se peço para o leitor imaginar um círculo, imediatamente a figura geométrica ganha vida em sua mente. Mas ela não foi vista, cheirada ou tocada por ninguém. Será menos real por isso? Basear a definição do real no que é perceptível, no que vem exclusivamente de fora para dentro, talvez não seja uma idéia tão boa. Aliás, idéias apresentam outra dificuldade. Apesar de não serem percebidas pelos nossos sentidos, elas não deixam de ser reais. O mesmo com sentimentos. Ninguém vê ou ouve saudades. Mas o sentimento existe. Real não significa necessariamente o que é concreto.
Para simplificar as coisas, podemos separar a definição de real em duas partes: o real objetivo e o subjetivo. Uma cadeira faz parte de uma realidade objetiva: qualquer pessoa sã (outro problema, definir sanidade e sua relação com o que é ou não real) vê a mesma cadeira. (Por não-sã defino aquelas que não acham que a cadeira que 1 milhão de pessoas vêem seja uma cadeira.) A idéia de círculo, mesmo que existente apenas na cabeça das pessoas, faz parte do real objetivo: as pessoas concordam que um círculo é uma figura cujo centro é equidistante de todos os seus pontos. Existe uma relação matemática única para definir a idéia de círculo, o que o torna parte da realidade objetiva.
Já o real subjetivo não é mensurável de forma única. Eis um exemplo. Um grupo de brasileiros mora no exterior há dez anos. Alguns sentem saudades e sabem disso, outros não. O sentimento é real. Mas ele não tem uma realidade objetiva, pois não existe um critério único para a sua medida. A intensidade da emoção é mensurável (talvez usando um aparelho de ressonância magnética funcional seja até possível localizar a região do cérebro responsável pela saudade). Mas ela é subjetiva; passar dez anos fora pode ou não causar saudades em brasileiros. No entanto, todos eles irão concordar com o que seja um círculo com raio de um metro.
As ciências naturais tratam da descrição da realidade objetiva. O que não tem existência concreta pode ser descrito por relações matemáticas únicas. Exemplos não incluem apenas objetos geométricos, como o círculo ou o triângulo. Leis físicas também fazem parte dessa realidade objetiva. Quando se diz que a energia em processos físicos é conservada, podendo ser transformada, mas não criada, está se falando de algo mensurável, a quantidade de energia de um sistema antes e depois de um determinado fenômeno. Por exemplo, um carro antes e depois de uma viagem, onde a energia química armazenada na gasolina é transformada em movimento e calor devido ao atrito com o ar, com o chão e nos seus mecanismos. Essas leis físicas são a melhor aproximação que a ciência pode oferecer da "verdade".
Por que as aspas? Porque nada pode ser afirmado com absoluta certeza. Não existem medidas absolutamente precisas, incluindo aquelas que medem a quantidade total de energia de um sistema antes e depois de um fenômeno qualquer. Pode-se apenas afirmar que, dentro da precisão existente, essa ou aquela lei é válida. Portanto, toda lei física é apenas aproximadamente válida. Isso torna a verdade intrinsecamente humana: afinal, ela avança lado a lado conosco, tornando-se cada vez mais, mas nunca absolutamente, verdadeira.
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