Anatomia de um cometa

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Alguns leitores devem estar lembrados do incrível feito da Nasa ocorrido no dia 4 de julho, a colisão de um bólido com o cometa Tempel 1 (Micro/Macro de 10.jul.2005). O objetivo da colisão foi estudar a composição interior do cometa a partir da análise do material ejetado. O equivalente seria atirar uma bola de gude em um bolo para ver qual é o recheio: quanto maior a velocidade e a massa da bola, mais bolo voando pelos ares. Uma espaçonave a 800 km de distância acompanhou o evento com câmeras e detectores diversos.

O interesse de astrônomos por cometas não deixa de ser semelhante ao de paleontólogos por fósseis

O interesse de astrônomos por cometas não deixa de ser semelhante ao de paleontólogos por fósseis. Você acha um fóssil e, a partir dele, tenta reconstruir todo um passado inacessível de qualquer outro modo. No caso dos cometas, a idéia é voltar à origem do Sistema Solar, viajar 4,5 bilhões de anos no tempo. Foi então que nasceram os planetas, asteróides e cometas, a partir da acumulação gradual de material girando em torno do Sol ainda bebê. A vantagem dos cometas é que, como suas órbitas estão muito distantes do Sol, seu material permanece a temperaturas baixíssimas e, portanto, praticamente inalterado. As teorias de formação de cometas sugerem que são feitos principalmente de dióxido de carbono, água, alguns compostos orgânicos e grãos de poeira, como uma bola de neve suja. As observações mostram algo diferente.

"Sua estrutura é mais frágil do que a de um suflê", afirmou um dos cientistas, um aglomerado de partículas mais parecido com talco do que pedra. A "cola" que mantém o cometa íntegro é sua gravidade. Do tamanho aproximado do monte Everest, o cometa tem a consistência de um suspiro. O doce, não a exalação humana.

O impacto entre o bólido de cobre e o cometa criou uma cratera de aproximadamente 30 metros de profundidade. Os detectores da nave-mãe, temporariamente cegos pela explosão, mostraram uma pluma de material ejetado, 10 milhões de kg de partículas extremamente finas viajando a 10 km/s, que permaneceu em suspensão sobre o cometa por 40 horas, um repuxo feito de talco. Em torno de 95% do material suspenso pela explosão voltou ao cometa, atraído pela sua gravidade. Usando imagens tiradas 45 e 75 minutos após a explosão, cientistas puderam medir a velocidade com que a pluma cresceu. Como essa velocidade é controlada pela gravidade do cometa, os dados permitiram aos cientistas estimar a densidade do astro, comparando-a com pedras terrestres. Os resultados foram surpreendentes: o cometa tem 60% da densidade do gelo, um amontoado de poeira voando junto devido à atração mútua.

Ninguém sabe ainda como cometas evoluem a partir de pequenos agregados de partículas menores do que um fio de cabelo. Ademais, os resultados preliminares do impacto mostram que o cometa parece ter uma estrutura semelhante à de uma cebola, camada sobre camada, provavelmente produto da acumulação gradual de material durante centenas de milhões de anos.

É possível, também, que as camadas sejam resultado de erupções vulcânicas provocadas toda vez que o cometa se aproxima do Sol em sua órbita. Voltando à imagem do bolo, cada camada é de um sabor diferente, que depende do material ejetado durante a erupção. Uma lição importante disso é como cientistas obtêm informação sobre eventos e objetos distantes. O acúmulo é gradual e difícil, mas fundamentado em observações quantitativas e reprodutíveis. E os resultados são mais mágicos do que qualquer fantasia.

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Alquimia cósmica

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Durante a Idade Média e até o início do século 18, alquimistas tentaram um feito impossível: a transmutação de elementos químicos, em particular chumbo, em ouro, usando reações químicas comuns. O impossível aqui, como foi descoberto bem mais tarde, não é a transmutação dos elementos em si, mas fazê-lo usando reações com energias típicas de reações químicas, baseadas na troca de elétrons entre elementos.

Bem antes de existirem alquimistas humanos, o Universo já realizava o suposto milagre da transmutação no coração das estrelas

O problema é que a identidade de um elemento químico, se é hidrogênio, carbono ou manganês, não vem do número de elétrons circulando em torno de seu núcleo, mas do de prótons no núcleo. Hidrogênio, o elemento mais simples e mais comum no Universo, tem apenas um próton no núcleo. Hélio, o próximo, tem dois.

Leitores familiarizados com a Tabela Periódica sabem que os elementos são arranjados (da esquerda para a direita) de acordo com o seu "número atômico", o número de prótons no núcleo. Ouro tem 79 e chumbo, 82.

Transmutação só é possível quando muda o número de prótons no núcleo. Para isso, são necessárias reações nucleares com energias milhões de vezes maiores do que as energias típicas das reações químicas. Não dá para aquecer chumbo com um foguinho, misturá-lo com outros compostos e obter ouro. O que não significa que a alquimia não tenha sido importante para o desenvolvimento da química, especialmente devido à identificação de vários elementos. Mas a verdadeira alquimia precisa de física nuclear.

Bem antes de existirem alquimistas humanos, uns 13 bilhões de anos antes, o Universo já realizava o suposto milagre da transmutação no coração das estrelas.
É impossível olhar para o mundo à nossa volta e não se perguntar de onde vieram os elementos químicos que compõem as coisas da natureza. Pedras, plantas, água, animais, carros, poluição, tudo é composto de 92 elementos, do hidrogênio ao urânio, combinados em moléculas. A origem desses elementos está profundamente ligada à história cósmica. E nós também, já que somos feitos desses mesmos elementos.

Durante o primeiro minuto de sua existência, o Universo não tinha átomos. Apenas prótons, nêutrons (a outra partícula que compõe o núcleo) e elétrons viajavam pelo espaço, interagindo violentamente entre si e com a radiação, como pedaços de legume em uma sopa em ebulição. (A água, nessa analogia, é a radiação.) Quando a temperatura da sopa cósmica caiu abaixo das equivalentes às energias nucleares, os núcleos dos três elementos mais simples (hidrogênio, hélio e lítio) foram formados.

Os primeiros átomos só surgiram 400 mil anos mais tarde, quando elétrons juntaram-se aos prótons para formar hidrogênio e hélio. Com eles, estrelas puderam nascer. Delas, surgiram os elementos mais pesados.

No coração das estrelas ocorre a fusão do hidrogênio em outros elementos. As enormes pressões geram temperaturas de dezenas de milhões de graus, que causam reações capazes de fundir prótons com prótons, formando, como num jogo de lego, outros elementos. Nas estrelas como o Sol, a fusão vai até o carbono e oxigênio. Nas mais pesadas, até o ferro. São elas as fornalhas alquímicas do cosmo. Quando morrem, explodem com tal força que os elementos mais pesados que o ferro podem ser formados, até o urânio. O oxigênio da água, o sódio e o cloro do sal, o carbono da sua pele e das plantas, todos foram forjados em estrelas, os grandes laboratórios alquímicos do cosmo. Pense nisso na próxima vez em que colocar sal no feijão.

Luz: um pouco mais de mistério

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Aos leitores perplexos com o "um pouco mais" no título, explico que, semana passada, escrevi sobre o fato de a luz ter velocidade constante no espaço vazio, sempre 300 mil quilômetros por segundo, independentemente do movimento da fonte ou do observador. Esse comportamento, sugerido por Einstein em 1905 como base de sua teoria da relatividade, faz da luz uma entidade misteriosa, diferente de tudo que conhecemos. Mas não é o único de seus mistérios. O outro, que discutiremos abaixo, também surgiu em 1905 das mãos de Einstein. E, segundo ele mesmo, foi sua idéia mais revolucionária.

Einstein, que gostava de freqüentar bares com os amigos, deve ter se inspirado num jogo de bilhar ao propor sua explicação para o efeito fotoelétrico

Ao final do século 19, a maioria dos físicos sabia que a chamada física clássica estava em crise: várias descobertas feitas no laboratório mostravam que certos fenômenos não podiam ser descritos pelos pilares do conhecimento físico de então, a mecânica de Newton e o eletromagnetismo de Michael Faraday e James Clerk Maxwell. Desses fenômenos, o efeito fotoelétrico era dos mais abstrusos: uma placa metálica onde foi depositada carga elétrica perde essa carga se iluminada por luz ultravioleta, mas, se a luz for amarela, vermelha ou azul, nada ocorre.

Einstein, que gostava de freqüentar bares com os amigos, deve ter se inspirado num jogo de bilhar ao propor sua explicação para o efeito fotoelétrico. Pense numa placa metálica carregada como uma mesa de bilhar cheia de bolas. Cada bola é um elétron, que dá carga extra à placa. Uma mesa sem bolas é equivalente a uma placa sem carga extra. Einstein propôs que a luz incidente na placa também fosse feita de pequenas "bolas", partículas de luz que hoje chamamos de fótons. Na época, a idéia era inesperada: a luz era considerada uma onda, tem propriedades como refração e difração, coisas que vemos todos os dias ao olharmos raios de luz no fundo de uma piscina. Como assim "bolas" de luz? Einstein justificou-se dizendo que sua idéia era heurística. isto é, uma explicação tentativa, sem maior suporte teórico. Se funcionasse, explicaria os dados experimentais.

Da teoria ondulatória da luz, sabia-se que cada cor está relacionada com uma onda de determinada freqüência, que aumenta do vermelho ao violeta. Pense nessas ondas como o fole de um acordeão: o fole aberto corresponde a ondas de maior comprimento e menor freqüência, os tons mais graves; o fole fechado corresponde à ondas de maior freqüência, mais agudas. Einstein, inspirando-se na idéia de Max Planck de que átomos recebem e emitem energia em pequenos pacotes, sugeriu que a luz também pode ser interpretada como sendo composta de pacotes, cada cor uma partícula com energia que aumenta com a freqüência. Um fóton correspondendo à luz ultravioleta tem mais energia do que um da luz vermelha ou amarela.

O resto é fácil: só fótons ultravioleta têm energia para arrancar elétrons da placa metálica. O mesmo ocorre com a mesa de bilhar: só uma tacada bem forte arranca as bolas da mesa. A teoria de Einstein explica os dados perfeitamente. Porém, cria outro problema: afinal, a luz é onda ou partícula? A melhor resposta é: nem uma coisa nem outra. Onda e partícula são imagens que criamos com base na nossa intuição, forjada pelo que vemos ao nosso redor. Mas, no mundo quântico, tais imagens são irrelevantes. Apenas o que medimos com instrumentos faz sentido. Nossas teorias são construções que explicam o que medimos, baseadas em conceitos restritos pela nossa percepção do mundo. A natureza da luz, se é que é possível caracterizá-la, permanece um mistério.

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O mistério da luz

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Volta e meia recebo mensagem de um leitor confuso ou mesmo irritado com a luz. Entre as perguntas mais freqüentes, a campeã parece ser o fato de a luz ter, quando atravessando o mesmo meio, uma velocidade constante.

Portanto, duas coisas: primeiro, a velocidade da luz muda quando passa de um meio a outro -por exemplo, do ar para a água. Porém, quando permanece no mesmo meio, a velocidade não muda. Segundo, a velocidade máxima da luz é atingida no espaço vazio (ou vácuo), e é de 300 mil km/s: você pisca o olho e a luz dá sete voltas e meia em torno da Terra.

Se os princípios estiverem certos, as previsões das teorias estão de acordo com os fenômenos observados. Às vezes, até prevêem novos fenômenos

Deixemos de lado a propagação da luz em meios materiais e nos concentremos em sua propagação no vácuo, como no espaço, onde não existe atmosfera. O fato de a velocidade da luz ser finita tem várias conseqüências. Como a luz nos traz informação, só sabemos que algo ocorreu em algum local um tempo após a ocorrência: quanto mais longe, maior a demora. Se o Sol explodisse agora, só saberíamos após aproximadamente oito minutos, o tempo que a luz demora para vir de lá até aqui. A distância entre o Sol e a Terra é de oito minutos-luz.
Quanto astrônomos observam objetos muito distantes, estão olhando para trás no tempo: hoje, visualizamos objetos a 10 bilhões de anos-luz do Sol, ou seja, a luz que vemos agora deixou-os há 10 bilhões de anos.

Temos, então, um horizonte a 14 bilhões de anos-luz do Sol, já que o Universo tem 14 bilhões de anos, o tempo transcorrido desde o Big Bang. Tal como, na Terra, não podemos ver além do horizonte, não podemos ver além de nosso horizonte cósmico. Isso não significa que o Universo termine bruscamente a 14 bilhões de anos-luz daqui. O Universo continua além do horizonte, assim como os oceanos.

Apesar de a velocidade da luz ter sido medida bem antes do século 20, foi com Einstein e a teoria da relatividade que ela entrou firme na arena da física. Não sabemos por que a velocidade da luz é finita ou por que tem o valor que tem. Einstein construiu sua teoria postulando dois princípios, asserções que não podem ser provadas a priori, mas que são demonstradas por meio de testes e medidas em laboratórios e observatórios. O primeiro postulado era já conhecido desde Galileu e diz que as leis da física são as mesmas para observadores em movimento relativo com velocidades constantes. Ou seja, se você está parado numa esquina e eu passo de carro a 60 km/h, as leis da física são as mesmas para nós dois. O segundo é a grande novidade, que chocou e choca a tantos: a velocidade da luz no vácuo é sempre a mesma, independente do movimento relativo entre sua fonte e o observador. Não interessa se você acende uma lanterna em um carro a 60 km/h ou em um foguete a 20 mil km/h (ou 20 mil km/s!), a velocidade da luz no vácuo é 300 mil km/s. Sempre.

Aos leitores que sentem um certo desconforto, digo que é assim que a ciência funciona: precisamos de princípios para construir as teorias que usamos para explicar o que vemos no mundo. Se os princípios estiverem certos, as previsões das teorias estão de acordo com os fenômenos observados. Às vezes, até prevêem novos fenômenos. Caso contrário, os princípios devem ser revisados. Em cem anos de relatividade, nenhum dos testes feitos até hoje ofereceu qualquer razão para duvidar da constância da velocidade da luz. Isso não significa que o seu misterioso valor seja inexplicável. Quem sabe um dia um novo Einstein entenderá por que a velocidade da luz tem o valor que tem.

Who designed the Designer?

Quem projetou o estilista?

Disse Bush de que "desenho inteligente" deve ser discutido em sala de aula como um contraponto à teoria da evolução levou a questão à frente da infelizmente chamado ''guerra" entre ciência e religião.

Não que os proponentes da ID aceitem, pelo menos abertamente, um rótulo religioso. Eles alegam que ID é ciência e deve ser tratado como tal. Afinal de contas, eles não afirmam que o designer é Deus. Ele pode ser qualquer tipo de inteligência, basta ser brilhante e poderoso o suficiente para criar a incrível complexidade da vida: Nós (ou bacteriana nossos antepassados), são os ratos em laboratório em curso numa experiência. De acordo com alguns ''IDists", a possibilidade de que o designer é um extraterrestre inteligência não devem ser negligeniadas. Vou tentar convencê-lo de que deveria.

Alguns dos meus colegas pensam que o que estou a fazer agora é errado; Que, para um cientista para discutir o assunto está a dar - lhe uma credibilidade que não merecem. Eles se recusam a participar na mesa redonda discussões com IDists, alegando que o esforço eleva - se a um enorme desperdício de tempo, que aqueles que apoiam desenho inteligente fazê-lo por razões que não são científicas e que nenhuma 60-hora ou vitalícia debate iria mudar a sua opinião.

Discordo.É verdade que argumentar racionalmente com aqueles que acreditam cegamente na ID ou qualquer outra coisa é impossível. Extremistas de qualquer espécie são surdos à razão. Mas não é a platéia de cientistas devemos ter em mente. Elas devem ser orientadas para os milhões de outros que têm assento na barreira, confuso e curioso, perguntando-se por que razão o heck cientistas, que são tão certo de suas teorias, não aparecem publicamente a demolir o "IDists" para, de uma vez por todas. Mas enquanto cientistas continuam a maioria silenciosa, creationists e IDists proclamar sua "verdades" para todos os que querem ouvir. Os cientistas precisam falar.

A hipótese é científica se puder ser validado empiricamente. Um ''preciso ver para crer" - exatamente o oposto do "crer para ver", que constitui a premissa de muitos sistemas religiosos. É muito mais fácil de ver milagres em toda parte se você acredita neles. A científica ''ver para crer " é apoiada por dados adquiridos no laboratório ou por meio de observações. Se a hipótese é justificado, a comunidade científica, depois de muita discussão, ela aceita. Isto não significa que permanecerá parte do estabelecido "Verdade". Novas teorias germinam através das rachaduras das antigas.Ciência necessita de crise para evoluir.Ela precisa de mistérios. É sempre incompleta. Por trás de nossa ignorância não existe apenas a ciência que ainda não foram desenvolvidas.

Aqui está um exemplo.

Lá atrás no século 19, era sabido que a órbita do Mercury desloca muito lentamente, como um "wobbling topo". O comportamento da órbita era um mistério, e a teoria da gravidade de Newton não poderia descrevê-lo. Astrônomos ainda inventaram um planeta imaginário entre Mercúrio e o Sol para explicar a anomalia. Em 1916, Einstein propôs uma nova maneira de pensar sobre gravidade, a sua teoria geral da relatividade. Em vez de misteriosa ação Newtoriana a distância, Einstein sugeriu que o espaço era plástica, e que o espaço poderia dobrar e esticar-la como uma folha de borracha.

Teoira de Einstein explicou "Mercury's wobbling" como consequência da dobra do espaço perto do sol. Nova ciência resolveu um antigo mistério. Significa isto que Einstein da teoria é a última palavra em gravidade? Não. Eventualmente, será modificado por uma forma mais poderosa teoria capaz de explicar as coisas que não podem.

A hipótese ID, que nós, ou alguns passos fundamentais na evolução da vida, são produtos de determinado projeto não é científica. Ele não pode ser confirmado experimentalmente. A afirmação de que a vida é complexa demais para ter acontecido por acaso e que estamos de certa forma fundamentalmente incapazes de compreender o "como", reflete uma profunda atitude não-cientifica, um põe-baixo da razão humana. As incertezas de hoje são o futuro da nova ciência.

Se eu tivesse a oportunidade de conhecer o pressuposto "Designer", se eu pudesse perguntar o que, para mim, é a questão mais importante de todas elas: ''Mr. Designer, quem designou voce?" Se o "Designer" responder que ela não sabe, que talvez ele também foi concebida, que dividem-se em uma infinidade regressão, volta diretamente para o problema da causa primeira, a única que não precisa causar. Neste ponto a máscara cairá e nós finalmente descobrir a verdadeira identidade do IDists' Designer. Devemos capitalizar a palavra, uma vez que esta é a forma como são ensinadas para se referir a Deus.

By Marcelo Gleiser | August 29, 2005
THE BOSTON GLOBE

THE DECLARATION by President Bush that ''intelligent design" should be discussed in the classroom as a counterpoint to the theory of evolution has pushed the issue to the forefront of the unfortunately named ''war" between science and religion.
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Not that the proponents of ID accept, at least openly, a religious label. They claim that ID is science and should be treated as such. After all, they don't state that the designer is God. It can be any kind of intelligence, just bright and powerful enough to create the amazing complexity of life: We (or our bacterial ancestors) are the lab rats in an ongoing experiment. According to some ''IDists," the possibility that the designer is an extraterrestrial intelligence should not be neglected. I will try to convince you that it should.

Some of my colleagues think that what I am doing right now is wrong; that for a scientist to discuss the issue is to give it a credibility it doesn't deserve. They refuse to participate in roundtable discussions with IDists, claiming that the effort amounts to a huge waste of time, that those who support intelligent design do so for reasons that are not scientific and that no 60-minute or lifelong discussion would change their minds.

I disagree. It's true that arguing rationally with those who blindly believe in ID or anything else is impossible. Extremists of any sort are deaf to reason. But this is not the audience scientists should have in mind. They should be targeting the millions of others who sit on the fence, confused and curious, wondering why the heck scientists, who are so sure of their theories, don't appear publicly to demolish the IDists for once and for all. But while scientists remain mostly silent, creationists and IDists proclaim their ''truths" for all who want to hear them. Scientists need to speak up.

A hypothesis is scientific if it can be empirically validated. One must ''see to believe" -- exactly the opposite of the ''believe to see" which forms the premise of many religious systems. It's much easier to see miracles everywhere if you believe in them. The scientific ''see to believe" is supported by data acquired in the lab or through observations. If the hypothesis is vindicated, the scientific community, after much debate, accepts it. This doesn't mean it will remain part of the established ''truth." New theories sprout through the cracks of old ones. Science needs crisis to evolve. It needs mysteries. It is always incomplete. Behind our ignorance there is just the science we haven't yet developed.

Here is an example. Late in the 19th century, it was known that Mercury's orbit shifted very slowly, like a wobbling top. The orbit's behavior was a mystery, and Newton's theory of gravity couldn't describe it. Astronomers even invented an imaginary planet between Mercury and the Sun to explain the anomaly.

In 1916, Einstein proposed a new way to think about gravity, his general theory of relativity. Instead of Newton's mysterious action-at-a-distance, Einstein suggested that space was plastic, that matter could bend and stretch it like a rubber sheet. Einstein's theory explained Mercury's wobbling as a consequence of the bending of space near the Sun. New science resolved an old mystery. Does this mean that Einstein's theory is the last word in gravity? No. Eventually, it will be modified by a more powerful theory capable of explaining things it cannot.

The ID hypothesis, that we, or a few key steps in the evolution of life, are products of purposeful design is not scientific. There is no way to test it. It cannot be confirmed experimentally. The statement that life is too complex to have happened by chance and that we are somehow fundamentally incapable to understand how reflects a deeply unscientific attitude, a put-down of human reason. The uncertainties of today are tomorrow's new science.

If I had the opportunity to meet the assumed designer, I'd ask what, to me, is the most important question of them all: ''Mr. Designer, who designed you?"

If the designer answers that it doesn't know, that perhaps it was also designed, we fall into an endless regression, straight back to the problem of the first cause, the one that needs no cause. At this point the mask tumbles and we finally discover the true identity of the IDists' Designer. We should capitalize the word, as this is how we are taught to refer to God.

Marcelo Gleiser, a professor of physics and astronomy at Dartmouth College, is the author of ''The Prophet and the Astronomer: A Scientific Journey to the End of Time." He is currently working on a biographical novel of Johannes Kepler.
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Universos de proveta

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Antes de se entregar ao estudo da filosofia, o alemão Immanuel Kant estudou com afinco o Universo. Em 1751, leu o livro do inglês Thomas Wright, o primeiro a especular sobre o formato de nossa galáxia: segundo Wright, a Via Láctea era uma coleção de estrelas achatada entre dois planos. Sabendo que o Sistema Solar também tem a forma achatada, com o Sol no centro e os planetas girando à sua volta em um plano, como azeitonas numa pizza, Kant sugeriu que as duas estruturas foram formadas por processos semelhantes. Indo além, sugeriu que padrões idênticos repetem-se Universo afora. Passados 250 anos, podemos afirmar que, de certa forma, o filósofo alemão estava certo.

Pela primeira vez, o Universo que simulam os no computa dor se assemelha àquele que vemos com telescópios

Através de grandes telescópios, astrônomos vêm medindo os detalhes das estruturas que povoam o cosmo, algumas delas tão vastas que atingem centenas de milhões de anos-luz. Que estruturas são essas e como elas foram formadas?

Em cosmologia, a unidade usada é uma galáxia: quando astrônomos fazem mapas dos céus, cada ponto corresponde a uma galáxia. Fica subentendido que cada galáxia tem desde milhões até centenas de bilhões de estrelas. Galáxias, como tudo no Universo, são atraídas umas às outras pela gravidade, a força escultora das estruturas cósmicas. Às vezes, várias galáxias estão próximas o suficiente para formarem um grupo, como um bando de abelhas em torno de uma colméia -que seria uma espécie de supergaláxia. Tais grupos de galáxias são chamados aglomerados. Hoje, sabemos que no centro das supergaláxias existem gigantescos buracos negros com massas de centenas de milhões de sóis. Como entender a sua formação?

Pondo o Universo num computador. A idéia é simular as interações gravitacionais entre galáxias, acompanhar como respondem às várias forças que agem sobre elas e ver se, no final, o Universo simulado se parece com o observado. Se sim, isso significa que entendemos como as estruturas de larga escala foram formadas na medida em que o Universo foi expandindo nos últimos 13 bilhões de anos. Se não, temos de revisitar nossos modelos de como a gravidade atua na formação das estruturas cósmicas.

Nos últimos 20 anos, avanços na computação vêm permitindo simulações cada vez mais realistas da história cósmica. Recentemente, um grupo multinacional de astrofísicos apresentou resultados da simulação mais avançada de todos os tempos: em um cubo com 2 bilhões de anos-luz de lado, os cientistas foram capazes de observar a formação de mais de 20 milhões de galáxias, juntamente com alguns buracos negros supermaciços. Não só isso: os resultados concordam com as observações mais recentes, que sugerem que a matéria que vemos no Universo é apenas parte da história: o modelo só é compatível com as observações se forem adicionados dois ingredientes a mais -a matéria escura, feita de partículas que só interagem gravitacionalmente, e a energia escura, uma forma misteriosa de energia que provoca a aceleração da expansão cósmica, observada em 1998.

Pela primeira vez, o Universo que simulamos no computador se assemelha àquele que vemos com telescópios. A grande vantagem da simulação é que ela pode ser controlada, parâmetros podem ser modificados, tornando possível criar universos distintos do nosso, com histórias e estruturas diferentes. O computador permite-nos criar universos de proveta, de modo a entender melhor as propriedades do nosso e o que o torna tão especial.

O quantum invisível

MARCELO GLEISER
COLUNISTA DA FOLHA

Na semana passada escrevi sobre as máquinas quânticas, que têm dimensões tão pequenas que vivem na fronteira entre o nosso mundo, o mundo clássico, e o mundo quântico, dos átomos. Imagino que vários leitores queiram saber mais sobre essa fronteira, ou mesmo sobre o que é esse tal mundo quântico, com sua fama de estar repleto de mistérios.

Começo afirmando que a fama é mesmo merecida. No mundo dos átomos, efeitos estranhos, aparentemente mágicos, ocorrem com freqüência. Aliás, são a regra e não a exceção. Por exemplo: no nosso mundo, quando vemos uma bola de bilhar rolando sobre uma mesa, podemos afirmar com confiança onde ela está e estará no futuro. Entretanto, se a bola fosse um elétron ou um próton, não poderíamos mais afirmar nada com certeza. No máximo, poderíamos estimar a probabilidade de o elétron estar nessa ou naquela posição em determinado momento. Algo acontece quando mergulhamos no mundo do muito pequeno, algo que distorce o significado das coisas, transformando o certo em apenas provável.

Em 1924, o francês Louis de Broglie propôs que todas entidades materiais em movimento -você, eu, a bola na mesa, o elétron nos átomos- podem ser consideradas ondas. Einstein tinha sugerido algo semelhante com a luz: em 1905, conjeturou que ela pode ser vista como uma onda ou uma partícula, que mais tarde foi chamada de fóton. De Broglie ofereceu uma fórmula para calcular o comprimento de onda de um determinado objeto. Antes, uma explicação. Imagine ondas passando em sucessão, crista após crista, como acontece quando uma pedra é jogada numa poça d'água. A distância entre as cristas é chamada de comprimento de onda. No caso da pedra caindo na poça, o comprimento de onda é da ordem de centímetros.

Se tudo é onda, por que não vemos o mundo à nossa volta ondulando? A resposta se encontra na fórmula proposta por De Broglie. O que deve ser comparado é o tamanho do objeto com seu comprimento de onda: se os dois forem semelhantes, efeitos quânticos são importantes. Se o objeto for muito maior do que o seu comprimento de onda, os efeitos quânticos são desprezíveis. Todos os processos quânticos são controlados por uma constante fundamental chamada "constante de Planck" (representada pela letra h), que é extremamente pequena. Por exemplo, o comprimento de onda (l) de um objeto é proporcional à constante de Planck (h) e inversamente proporcional ao produto de sua massa (m) por sua velocidade (V): l = h/ (mV). A fórmula de de Broglie! Está tudo aqui: como a constante h é pequena, para que um objeto tenha efeitos quânticos mensuráveis, seu momento (o produto mV) tem também de ser muito pequeno. Por exemplo, uma gota d'água pingando de uma torneira tem um comprimento de onda aproximado de um trilionésimo de trilionésimo de metro (10-24 m). Tomando seu tamanho como 0,1 mm, ou 10-4 m, o efeito acaba se tornando desprezível. Você, caro leitor, movendo-se em um carro a 60 km/h, tem um comprimento de onda um trilionésimo de metro menor que isso. (Não vale pôr velocidade zero, pois a fórmula não é aplicável para corpos em repouso. Ondas têm de se mover.)

Toda a mágica quântica vem dessa chamada dualidade partícula-onda. Infelizmente, os efeitos desaparecem no nosso mundo, ou mesmo no mundo das bactérias, com milionésimos de metro. Porém, no mundo dos átomos, a mágica jamais pára.

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