Reinterpretando o Big Bang Teoria da origem da matéria não explica por que Universo é plano
De onde surgiu a matéria que compõe tudo o que existe? Essa pergunta, bem mais antiga do que a ciência, encontrou uma resposta no modelo cosmológico conhecido como Big Bang. Segundo ele, o Universo surgiu há aproximadamente 14 bilhões de anos, a partir de uma região menor do que uma moeda de um centavo onde a matéria estava comprimida a pressões e temperaturas absurdamente altas. De repente, devido a uma instabilidade não muito bem definida, essa matéria começou a se expandir como um balão de festa. À medida que isso ocorria, a temperatura foi baixando. A matéria original passou por uma série de transformações, ficando cada vez mais complexa, até que surgiram os primeiros átomos em torno de 400 mil anos após o "bang" inicial.
Essa é, de forma resumida, a história contada pelo modelo original, proposto no final da década de 1940 por George Gamow, Ralph Alpher e Robert Hermann. O trio de cientistas supôs que inicialmente a matéria fosse composta pelos integrantes dos átomos, prótons, nêutrons e elétrons e mais os fótons, as partículas da radiação eletromagnética. Sabiamente, não se preocuparam com a questão da origem dessas partículas. Contentaram-se em descrever a evolução cósmica a partir do momento em que elas já estavam presentes. Hoje, sabemos que isso se deu aproximadamente um centésimo de milésimo de segundo após o "bang".
O modelo, refinado desde os anos 1960, teve vários triunfos. Dentre eles, a previsão da existência da radiação cósmica de fundo, uma relíquia da época em que surgiram os primeiros átomos, descoberta em 1965. Entretanto, o modelo tem várias limitações. Uma delas é conhecida como o "problema da curvatura": a geometria cósmica tem de ser plana, a versão tridimensional da superfície de uma mesa.
Einstein mostrou em sua teoria da relatividade que a matéria encurva a geometria do espaço, tal qual encurvamos uma almofada ao sentarmos nela. No caso do Universo, existem três possibilidades, dependendo do balanço entre a quantidade de matéria no Universo e a força da expansão: se a matéria é muita, sua gravidade acaba provocando o colapso do Universo após alguns instantes. Se a matéria é pouca, o Universo se expande tão rapidamente que galáxias e estrelas não podem ser formadas. Sobra a possibilidade intermediária, um Universo no qual a expansão e a contração se mantém em equilíbrio. Esse Universo, que é o nosso, tem geometria plana.
A questão é por quê. O modelo original não responde a essa pergunta, limitando-se a usar a geometria plana de antemão. Em 1981, o físico americano Alan Guth propôs uma solução para o problema conhecida como universo inflacionário. Segundo ele, logo após sua origem, o cosmo passou por um período de expansão ultra rápida, mais rápida do que a velocidade da luz. Essa expansão resulta num cosmo plano. Basta pensarmos na superfície de um balão. Se focarmos numa região pequena, ela ficará cada vez mais plana com o crescimento do balão. Mas como isso ocorreu?
Guth sugeriu que, no começo, o cosmo tinha um tipo diferente de matéria, com a propriedade de criar uma expansão rápida da geometria, como uma espécie de anti-gravidade. Esse tipo de matéria exótica provavelmente existe. Após um curto período, a matéria se desintegra de maneira explosiva, enchendo o cosmo de partículas e radiação. Essa desintegração, segundo Guth, é o que chamamos de Big Bang. Portanto, o Big Bang não é o início, mas conseqüência de um processo anterior. O desafio agora é entender de onde veio essa matéria exótica. Felizmente, idéias não faltam.
domingo, 30 de julho de 2006
domingo, 23 de julho de 2006
Lua, costela da Terra O satélite é, na verdade, feito das entranhas da Terra
Nossa companheira da noite, a Lua, inspira não só poemas e canções como também muita ciência. Na Grécia Antiga, Aristóteles sugeriu que a Lua demarcasse a fronteira entre dois mundos: o nosso, feito dos quatro elementos fundamentais, terra, água, ar e fogo, e o celeste, onde a Lua, os planetas e as estrelas eram feitos de uma quinta substância, a quintessência ou éter. Ao contrário dos quatro elementos terrestres, sempre em transformação, a quintessência era imutável, eterna: a Lua e os céus eram definidos pela sua constância. Quando perguntavam a Aristóteles por que a Lua não era um disco perfeito, como aparentava ser o Sol, dizia que sua proximidade da Terra e da atmosfera causava a ilusão de imperfeições na sua superfície.
Assim foi até que, em 1609, Galileu Galilei apontou seu telescópio para a Lua, revelando que de perfeita ela não tinha nada. Ao contrário, mostrou que a Lua era repleta de crateras e montanhas, parecendo bastante com as paisagens da Terra, ao menos geologicamente. Faltava algo de essencial, a cor, o verde das plantas e o azul dos mares. Esse aspecto morto da Lua não impediu que alguns especulassem sobre as criaturas que lá habitavam. No que parece ter sido o primeiro conto de ficção científica, em torno de 1630 (foi publicado postumamente) o astrônomo visionário Johannes Kepler especulou sobre seres lunares, meio parecidos com os daqui. Com isso, mesmo que através da ficção, Kepler argumentou em favor de uma Lua que não era fundamentalmente diferente da própria Terra.
Um pouco mais tarde, Isaac Newton baseou sua teoria da gravitação universal na órbita da Lua em torno da Terra. Segundo a lenda, enquanto descansava sob uma macieira na fazenda de sua mãe, Newton se perguntou, talvez quando uma maçã caiu sobre sua cabeça, se a força que fez a maçã cair era a mesma que fazia a Lua girar à nossa volta. Newton concluiu que sim: usando os resultados de Galileu, que mostrou que a trajetória de uma bala de canhão é parabólica, Newton sugeriu que a trajetória da Lua é como a de uma bala disparada de um canhão no topo de uma montanha muito alta, que cai em direção ao chão. Só que, a "montanha" é tão alta e a força do disparo tão grande que a bala (isto é, a Lua) continua sempre caindo, seguindo a curvatura da Terra. Aliás, isso é verdade para qualquer objeto em órbita, em torno da Terra ou de qualquer outro corpo celeste. Astronautas em órbita flutuam porque estão em queda livre, parecida com a que ocorre num elevador despencando.
Mas a questão da origem da Lua não foi investigada matematicamente até o início do século 19. O marquês de Laplace propôs um modelo de formação do Sistema Solar em que o Sol, planetas e luas surgiram de uma grande nuvem que, devido à instabilidades, entrou em colapso enquanto girava sobre si mesma. Com isso, foi se achatando no equador, como o que ocorre com uma pizza. Os planetas nasceram de concentrações de massas em torno do Sol no centro; as luas repetiam o processo em torno dos planetas. Hoje, sabemos que o nascimento da Lua foi bem mais dramático.
Bem no início da formação do Sistema Solar, há 4,6 bilhões de anos, a Terra-bebê, ainda uma massa de metais e rochas derretidos, foi abalroada por um planeta do tamanho de Marte. A colisão foi tão violenta que arrancou uma quantidade enorme de matéria da Terra. Parte dessa matéria entrou em órbita e, aos poucos, agregou-se em uma massa esférica: a Lua é feita das entranhas da Terra. Difícil não pensar nas linhas de Gênesis 2, 22: "Da costela que tirara do homem, Deus modelou uma mulher". Pares diferentes, mas sempre pares.
Nossa companheira da noite, a Lua, inspira não só poemas e canções como também muita ciência. Na Grécia Antiga, Aristóteles sugeriu que a Lua demarcasse a fronteira entre dois mundos: o nosso, feito dos quatro elementos fundamentais, terra, água, ar e fogo, e o celeste, onde a Lua, os planetas e as estrelas eram feitos de uma quinta substância, a quintessência ou éter. Ao contrário dos quatro elementos terrestres, sempre em transformação, a quintessência era imutável, eterna: a Lua e os céus eram definidos pela sua constância. Quando perguntavam a Aristóteles por que a Lua não era um disco perfeito, como aparentava ser o Sol, dizia que sua proximidade da Terra e da atmosfera causava a ilusão de imperfeições na sua superfície.
Assim foi até que, em 1609, Galileu Galilei apontou seu telescópio para a Lua, revelando que de perfeita ela não tinha nada. Ao contrário, mostrou que a Lua era repleta de crateras e montanhas, parecendo bastante com as paisagens da Terra, ao menos geologicamente. Faltava algo de essencial, a cor, o verde das plantas e o azul dos mares. Esse aspecto morto da Lua não impediu que alguns especulassem sobre as criaturas que lá habitavam. No que parece ter sido o primeiro conto de ficção científica, em torno de 1630 (foi publicado postumamente) o astrônomo visionário Johannes Kepler especulou sobre seres lunares, meio parecidos com os daqui. Com isso, mesmo que através da ficção, Kepler argumentou em favor de uma Lua que não era fundamentalmente diferente da própria Terra.
Um pouco mais tarde, Isaac Newton baseou sua teoria da gravitação universal na órbita da Lua em torno da Terra. Segundo a lenda, enquanto descansava sob uma macieira na fazenda de sua mãe, Newton se perguntou, talvez quando uma maçã caiu sobre sua cabeça, se a força que fez a maçã cair era a mesma que fazia a Lua girar à nossa volta. Newton concluiu que sim: usando os resultados de Galileu, que mostrou que a trajetória de uma bala de canhão é parabólica, Newton sugeriu que a trajetória da Lua é como a de uma bala disparada de um canhão no topo de uma montanha muito alta, que cai em direção ao chão. Só que, a "montanha" é tão alta e a força do disparo tão grande que a bala (isto é, a Lua) continua sempre caindo, seguindo a curvatura da Terra. Aliás, isso é verdade para qualquer objeto em órbita, em torno da Terra ou de qualquer outro corpo celeste. Astronautas em órbita flutuam porque estão em queda livre, parecida com a que ocorre num elevador despencando.
Mas a questão da origem da Lua não foi investigada matematicamente até o início do século 19. O marquês de Laplace propôs um modelo de formação do Sistema Solar em que o Sol, planetas e luas surgiram de uma grande nuvem que, devido à instabilidades, entrou em colapso enquanto girava sobre si mesma. Com isso, foi se achatando no equador, como o que ocorre com uma pizza. Os planetas nasceram de concentrações de massas em torno do Sol no centro; as luas repetiam o processo em torno dos planetas. Hoje, sabemos que o nascimento da Lua foi bem mais dramático.
Bem no início da formação do Sistema Solar, há 4,6 bilhões de anos, a Terra-bebê, ainda uma massa de metais e rochas derretidos, foi abalroada por um planeta do tamanho de Marte. A colisão foi tão violenta que arrancou uma quantidade enorme de matéria da Terra. Parte dessa matéria entrou em órbita e, aos poucos, agregou-se em uma massa esférica: a Lua é feita das entranhas da Terra. Difícil não pensar nas linhas de Gênesis 2, 22: "Da costela que tirara do homem, Deus modelou uma mulher". Pares diferentes, mas sempre pares.
domingo, 16 de julho de 2006
Universo eterno, vida eterna?
Para se adaptar ao aumento da entropia, a vida terá de mudar
Em 1979, o físico e autor Freeman Dyson publicou um artigo no periódico científico "Reviews of Modern Physics" no qual especulava sobre o futuro da vida num Universo que existiria para sempre. A questão está ligada com a descoberta de que o Universo está em expansão, com as galáxias afastando-se umas das outras cada vez mais rapidamente, com velocidade proporcional à sua distância.
Se o Universo continuar essa expansão para sempre, podemos antever um futuro em que as distâncias entre as galáxias serão tão imensas que mal será possível receber informação das vizinhas: cada uma será, de certa forma, seu próprio universo, isolado na imensidão do vazio cósmico.
Para piorar, à medida que o Universo expande, ele resfria. As estrelas vão gastando seu combustível, eventualmente chegando a um estado final cuja temperatura também cai com o tempo. O quadro não é dos mais aprazíveis. Mas Dyson, reconhecidamente um otimista, tentou encontrar uma saída, mesmo dentro dessa situação desesperadora. Será que a vida é possível dentro de um Universo cada vez mais frio e mais vazio?
Para refletir sobre a questão, precisamos estabelecer do que a vida precisa para existir. Essencialmente, preservar a vida de um organismo é equivalente a preservar sua capacidade metabólica de transformar energia de fora em energia interna. Isso é o que fazemos ao nos alimentarmos.
Para tal, organismos consomem uma certa quantidade de "energia livre", a energia que podem usar de forma útil. Esse consumo é usado pelo organismo para processar informação e acaba produzindo entropia, o oposto de informação. Entropia é uma medida de desordem: quanto mais entropia num sistema, menor sua energia livre e sua utilidade para um organismo. O desafio para a vida eterna é manter-se ativa num Universo com cada vez menos energia livre. A luta da vida é uma luta contra a entropia que, inevitavelmente, continuará a crescer sempre.
Se a vida for consciente, sua experiência da passagem do tempo dependerá da taxa com que processar informação. Para que a vida exista para sempre num Universo com uma reserva finita de energia livre é necessário que a quantidade de informação processada seja infinita, enquanto que a energia total consumida seja finita. Como fazer isso?
O organismo terá que adaptar a taxa com que processa informação, reduzindo-a de acordo com a queda de temperatura. Ou seja, na medida em que o tempo passa, o organismo terá que processar menos informação, sempre da forma mais eficiente possível. De modo a não sacrificar muito a qualidade de vida, a solução é fazer o que fazem os animais em climas frios: hibernar.
Eles fazem isso justamente porque a quantidade de alimentos, a oferta de energia livre, é menor no inverno. A diferença é que, para os organismos do futuro, os períodos de hibernação terão que ser cada vez mais longos, de modo a consumir quantidades cada vez menores de energia livre. Mas a situação não é de todo má, especialmente porque, como não há informação processada durante a hibernação, não há também memória do período: será como despertar de uma noite sem sonhos.
Existem, claro, detalhes que, devido ao pouco espaço que resta aqui, devo deixar de lado. Por exemplo, o organismo precisará de um despertador, que consumirá energia. Mas a reflexão é importante e divertida. E, nas entrelinhas, uma mensagem: vivemos numa época privilegiada, onde energia é abundante. Mas não é infinita. A menos que optemos pela hibernação e menos memórias, é bom aprendermos a preservá-la.
Em 1979, o físico e autor Freeman Dyson publicou um artigo no periódico científico "Reviews of Modern Physics" no qual especulava sobre o futuro da vida num Universo que existiria para sempre. A questão está ligada com a descoberta de que o Universo está em expansão, com as galáxias afastando-se umas das outras cada vez mais rapidamente, com velocidade proporcional à sua distância.
Se o Universo continuar essa expansão para sempre, podemos antever um futuro em que as distâncias entre as galáxias serão tão imensas que mal será possível receber informação das vizinhas: cada uma será, de certa forma, seu próprio universo, isolado na imensidão do vazio cósmico.
Para piorar, à medida que o Universo expande, ele resfria. As estrelas vão gastando seu combustível, eventualmente chegando a um estado final cuja temperatura também cai com o tempo. O quadro não é dos mais aprazíveis. Mas Dyson, reconhecidamente um otimista, tentou encontrar uma saída, mesmo dentro dessa situação desesperadora. Será que a vida é possível dentro de um Universo cada vez mais frio e mais vazio?
Para refletir sobre a questão, precisamos estabelecer do que a vida precisa para existir. Essencialmente, preservar a vida de um organismo é equivalente a preservar sua capacidade metabólica de transformar energia de fora em energia interna. Isso é o que fazemos ao nos alimentarmos.
Para tal, organismos consomem uma certa quantidade de "energia livre", a energia que podem usar de forma útil. Esse consumo é usado pelo organismo para processar informação e acaba produzindo entropia, o oposto de informação. Entropia é uma medida de desordem: quanto mais entropia num sistema, menor sua energia livre e sua utilidade para um organismo. O desafio para a vida eterna é manter-se ativa num Universo com cada vez menos energia livre. A luta da vida é uma luta contra a entropia que, inevitavelmente, continuará a crescer sempre.
Se a vida for consciente, sua experiência da passagem do tempo dependerá da taxa com que processar informação. Para que a vida exista para sempre num Universo com uma reserva finita de energia livre é necessário que a quantidade de informação processada seja infinita, enquanto que a energia total consumida seja finita. Como fazer isso?
O organismo terá que adaptar a taxa com que processa informação, reduzindo-a de acordo com a queda de temperatura. Ou seja, na medida em que o tempo passa, o organismo terá que processar menos informação, sempre da forma mais eficiente possível. De modo a não sacrificar muito a qualidade de vida, a solução é fazer o que fazem os animais em climas frios: hibernar.
Eles fazem isso justamente porque a quantidade de alimentos, a oferta de energia livre, é menor no inverno. A diferença é que, para os organismos do futuro, os períodos de hibernação terão que ser cada vez mais longos, de modo a consumir quantidades cada vez menores de energia livre. Mas a situação não é de todo má, especialmente porque, como não há informação processada durante a hibernação, não há também memória do período: será como despertar de uma noite sem sonhos.
Existem, claro, detalhes que, devido ao pouco espaço que resta aqui, devo deixar de lado. Por exemplo, o organismo precisará de um despertador, que consumirá energia. Mas a reflexão é importante e divertida. E, nas entrelinhas, uma mensagem: vivemos numa época privilegiada, onde energia é abundante. Mas não é infinita. A menos que optemos pela hibernação e menos memórias, é bom aprendermos a preservá-la.
domingo, 9 de julho de 2006
Talvez haja um multiverso, emergindo como bolhas numa sopa
Durante o século 20, a física desenvolveu duas teorias revolucionárias: a teoria da relatividade de Albert Einstein e a mecânica quântica de Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Paul Dirac e muitos outros. O adjetivo "revolucionárias" não é exagero: a teoria da relatividade transformou profundamente nossa compreensão do que é espaço, tempo e a relação entre energia e matéria.
Ao contrário da visão clássica sobre a natureza do cosmos, que prevalecia desde os dias de Isaac Newton, no final do século 17, Einstein mostrou que o espaço, mais precisamente as medidas de distância entre dois pontos, e a passagem do tempo dependem do observador. Um segundo para você pode não ser um segundo para outra pessoa, se vocês estiverem em movimento relativo, acelerado ou não. Ademais, a nova teoria reformulou a noção de gravidade, que pode ser interpretada como a curvatura do espaço em torno de um objeto. Esses efeitos só são relevantes se os movimentos ocorrem próximos da velocidade da luz ou se o objeto tem massa comparável ou maior do que a do Sol. Mas eles estão lá, descrevendo uma física além de nossas percepções.
O mesmo com a mecânica quântica, que descreve a física dos átomos e das partículas subatômicas. Para surpresa dos próprios físicos, tudo é diferente no mundo do muito pequeno: trocas de informação e energia são feitas em porções discretas em vez de serem contínuas, como quando aquecemos água numa chaleira. Partículas podem estar em mais de um lugar do espaço ao mesmo tempo, seguir todas as trajetórias possíveis e atravessar barreiras como se fossem fantasmas. No mundo quântico tudo flutua, nada é exatamente determinado: energia, posição, velocidade. Apenas quando um observador interage com o que está medindo (por exemplo, enviando luz ou outra partícula que colide com o que está sendo medido) é que um valor determinado é obtido. Em outras palavras, a natureza intrínseca da matéria não pode ser definida "a priori". A realidade emerge de forma clara apenas quando é convocada por algum observador.
Esses dois pilares da física moderna coexistiram pacificamente até a década de 1960, parecendo tratar de dois aspectos muito diferentes da realidade física, o muito pequeno e o muito grande. Com a confirmação de que o Universo está em expansão, aliada ao sucesso da teoria da relatividade, tudo mudou. Afinal, se o Universo cresce cada vez mais na medida em que o tempo passa, era menor no passado. E, se voltarmos até bem próximos do "tempo zero", que hoje sabemos ter ocorrido em torno de 14 bilhões de anos atrás, o Universo como um todo teria dimensões semelhantes às de um átomo. Nesse caso, para descrever a física da infância cósmica, seria necessário usar a mecânica quântica: os dois pilares teriam de ser unificados.
Infelizmente, devido a dificuldades técnicas e conceituais, esse casamento ainda não foi consumado. Mas já houve paqueras e flertes entre as duas teorias, intensos o suficiente para termos uma idéia de como ele seria. E o que emerge é um cosmo quântico, onde a geometria do espaço e a passagem do tempo flutuam aleatoriamente. De fato, não se pode nem falar em um "Universo": falamos em um multiverso, uma sopa de universos talvez até infinita, onde todas as possibilidades existem. O nosso seria apenas um deles, uma raridade, uma bolha que cresceu, solitária em meio à tantas que existem por instantes e voltam à sopa primordial. Existiriam então outros universos? Seria possível passar de um a outro? Será que há vida em alguns deles? As respostas à essas perguntas e muitas outras esperam, impacientes, pelo casamento.
Durante o século 20, a física desenvolveu duas teorias revolucionárias: a teoria da relatividade de Albert Einstein e a mecânica quântica de Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Paul Dirac e muitos outros. O adjetivo "revolucionárias" não é exagero: a teoria da relatividade transformou profundamente nossa compreensão do que é espaço, tempo e a relação entre energia e matéria.
Ao contrário da visão clássica sobre a natureza do cosmos, que prevalecia desde os dias de Isaac Newton, no final do século 17, Einstein mostrou que o espaço, mais precisamente as medidas de distância entre dois pontos, e a passagem do tempo dependem do observador. Um segundo para você pode não ser um segundo para outra pessoa, se vocês estiverem em movimento relativo, acelerado ou não. Ademais, a nova teoria reformulou a noção de gravidade, que pode ser interpretada como a curvatura do espaço em torno de um objeto. Esses efeitos só são relevantes se os movimentos ocorrem próximos da velocidade da luz ou se o objeto tem massa comparável ou maior do que a do Sol. Mas eles estão lá, descrevendo uma física além de nossas percepções.
O mesmo com a mecânica quântica, que descreve a física dos átomos e das partículas subatômicas. Para surpresa dos próprios físicos, tudo é diferente no mundo do muito pequeno: trocas de informação e energia são feitas em porções discretas em vez de serem contínuas, como quando aquecemos água numa chaleira. Partículas podem estar em mais de um lugar do espaço ao mesmo tempo, seguir todas as trajetórias possíveis e atravessar barreiras como se fossem fantasmas. No mundo quântico tudo flutua, nada é exatamente determinado: energia, posição, velocidade. Apenas quando um observador interage com o que está medindo (por exemplo, enviando luz ou outra partícula que colide com o que está sendo medido) é que um valor determinado é obtido. Em outras palavras, a natureza intrínseca da matéria não pode ser definida "a priori". A realidade emerge de forma clara apenas quando é convocada por algum observador.
Esses dois pilares da física moderna coexistiram pacificamente até a década de 1960, parecendo tratar de dois aspectos muito diferentes da realidade física, o muito pequeno e o muito grande. Com a confirmação de que o Universo está em expansão, aliada ao sucesso da teoria da relatividade, tudo mudou. Afinal, se o Universo cresce cada vez mais na medida em que o tempo passa, era menor no passado. E, se voltarmos até bem próximos do "tempo zero", que hoje sabemos ter ocorrido em torno de 14 bilhões de anos atrás, o Universo como um todo teria dimensões semelhantes às de um átomo. Nesse caso, para descrever a física da infância cósmica, seria necessário usar a mecânica quântica: os dois pilares teriam de ser unificados.
Infelizmente, devido a dificuldades técnicas e conceituais, esse casamento ainda não foi consumado. Mas já houve paqueras e flertes entre as duas teorias, intensos o suficiente para termos uma idéia de como ele seria. E o que emerge é um cosmo quântico, onde a geometria do espaço e a passagem do tempo flutuam aleatoriamente. De fato, não se pode nem falar em um "Universo": falamos em um multiverso, uma sopa de universos talvez até infinita, onde todas as possibilidades existem. O nosso seria apenas um deles, uma raridade, uma bolha que cresceu, solitária em meio à tantas que existem por instantes e voltam à sopa primordial. Existiriam então outros universos? Seria possível passar de um a outro? Será que há vida em alguns deles? As respostas à essas perguntas e muitas outras esperam, impacientes, pelo casamento.
domingo, 25 de junho de 2006
Conciliando ciência e religião
A função da ciência não é atacar Deus, mas oferecer uma descrição do mundo mais completa
Para muitos, ciência e religião estão permanentemente em guerra. Desde a famosa crise entre Galileu Galilei e a Inquisição, no século 17, quando o cientista foi forçado a abjurar sua convicção de que o Sol e não a Terra era o centro do cosmo, razão e fé aparentam ser incompatíveis. Aos crentes, a religião oferece não só apoio espiritual em momentos difíceis e uma comunidade fraterna e acolhedora mas também respostas à questões de caráter fundamental e misterioso, como a origem do Universo, da vida ou da mente.
Na sua maioria, as respostas são relatadas em textos sagrados, escritos por homens que recebem a sabedoria por meio de um processo de revelação sobrenatural, de Deus (ou dos deuses) para os profetas. Para as pessoas de fé, é absurdo contestar a veracidade desses textos, visto que são expressão direta da palavra divina.
A atitude descrita acima faz parte da ortodoxia de muitas religiões. Nem todos os crentes adotam uma posição tão radical com relação à veracidade, ou literalismo, dos textos sagrados. Uma posição mais comum é interpretar os textos como representações simbólicas, um corpo de narrativas dedicadas a construir uma realidade espiritual baseada em certos preceitos morais. Galileu criticou os teólogos católicos, dizendo que a função da Bíblia não é explicar os movimentos dos planetas mas como obter a salvação eterna. ("Não é explicar como os céus vão, mas como se vai para o Céu.")
A adoção de uma postura menos ortodoxa permite uma visão de mundo menos radical, onde a religião e a ciência podem viver em harmonia, cada uma cumprindo sua missão social. O conflito entre as duas não é, de forma alguma, necessário. Basta saber distinguir o que uma ou outra pode e não pode fazer. Isso serve também aos cientistas, em especial aos que têm atitudes ortodoxas contra a religião.
Acho extremamente ingênuo imaginar ser possível um mundo sem religião. Ingênuo e desnecessário. A função da ciência não é tirar Deus das pessoas. É oferecer uma descrição do mundo natural cada vez mais completa, baseada em experimentos e observações que podem ser repetidos ou ao menos contrastados por vários grupos. Com isso, a ciência contribui para aliviar o sofrimento humano, seja ele material ou de caráter metafísico.
A distinção essencial entre ciência e religião está no que cada uma delas pressupõe ser a natureza da realidade. Enquanto a religião adota uma realidade sobrenatural coexistente e capaz de interferir com a realidade natural, a ciência aceita apenas uma realidade, a natural. Aqui aparece a razão principal do conflito entre as duas. Para a ciência não é preciso supor que o que ainda não é acessível ao conhecimento necessite de explicação sobrenatural. O que não sabemos hoje pode, em princípio, vir a ser explicado no futuro. Em outras palavras, a ciência abraça a ignorância, o não-saber, como parte necessária de nossa existência, sem lançar mão de causas sobrenaturais para explicar o desconhecido.
Sem dúvida, esse tem sido o seu caminho: explicar de forma clara e racional um número cada vez maior de fenômenos naturais, do funcionamento dos átomos à formação de galáxias e a transmissão do código genético entre os seres vivos. As tecnologias que tanto definem a vida moderna, da revolução digital aos antibióticos, dos meios de transporte ao uso da física nuclear no tratamento do câncer, são fruto desse questionamento. Negar isso é tentar olhar para o mundo de olhos fechados.
A conciliação entre ciência e religião só ocorrerá quando ficar claro o papel social de cada uma. Negar uma ou outra é ignorar que o homem é tanto um ser espiritual quanto racional.
Para muitos, ciência e religião estão permanentemente em guerra. Desde a famosa crise entre Galileu Galilei e a Inquisição, no século 17, quando o cientista foi forçado a abjurar sua convicção de que o Sol e não a Terra era o centro do cosmo, razão e fé aparentam ser incompatíveis. Aos crentes, a religião oferece não só apoio espiritual em momentos difíceis e uma comunidade fraterna e acolhedora mas também respostas à questões de caráter fundamental e misterioso, como a origem do Universo, da vida ou da mente.
Na sua maioria, as respostas são relatadas em textos sagrados, escritos por homens que recebem a sabedoria por meio de um processo de revelação sobrenatural, de Deus (ou dos deuses) para os profetas. Para as pessoas de fé, é absurdo contestar a veracidade desses textos, visto que são expressão direta da palavra divina.
A atitude descrita acima faz parte da ortodoxia de muitas religiões. Nem todos os crentes adotam uma posição tão radical com relação à veracidade, ou literalismo, dos textos sagrados. Uma posição mais comum é interpretar os textos como representações simbólicas, um corpo de narrativas dedicadas a construir uma realidade espiritual baseada em certos preceitos morais. Galileu criticou os teólogos católicos, dizendo que a função da Bíblia não é explicar os movimentos dos planetas mas como obter a salvação eterna. ("Não é explicar como os céus vão, mas como se vai para o Céu.")
A adoção de uma postura menos ortodoxa permite uma visão de mundo menos radical, onde a religião e a ciência podem viver em harmonia, cada uma cumprindo sua missão social. O conflito entre as duas não é, de forma alguma, necessário. Basta saber distinguir o que uma ou outra pode e não pode fazer. Isso serve também aos cientistas, em especial aos que têm atitudes ortodoxas contra a religião.
Acho extremamente ingênuo imaginar ser possível um mundo sem religião. Ingênuo e desnecessário. A função da ciência não é tirar Deus das pessoas. É oferecer uma descrição do mundo natural cada vez mais completa, baseada em experimentos e observações que podem ser repetidos ou ao menos contrastados por vários grupos. Com isso, a ciência contribui para aliviar o sofrimento humano, seja ele material ou de caráter metafísico.
A distinção essencial entre ciência e religião está no que cada uma delas pressupõe ser a natureza da realidade. Enquanto a religião adota uma realidade sobrenatural coexistente e capaz de interferir com a realidade natural, a ciência aceita apenas uma realidade, a natural. Aqui aparece a razão principal do conflito entre as duas. Para a ciência não é preciso supor que o que ainda não é acessível ao conhecimento necessite de explicação sobrenatural. O que não sabemos hoje pode, em princípio, vir a ser explicado no futuro. Em outras palavras, a ciência abraça a ignorância, o não-saber, como parte necessária de nossa existência, sem lançar mão de causas sobrenaturais para explicar o desconhecido.
Sem dúvida, esse tem sido o seu caminho: explicar de forma clara e racional um número cada vez maior de fenômenos naturais, do funcionamento dos átomos à formação de galáxias e a transmissão do código genético entre os seres vivos. As tecnologias que tanto definem a vida moderna, da revolução digital aos antibióticos, dos meios de transporte ao uso da física nuclear no tratamento do câncer, são fruto desse questionamento. Negar isso é tentar olhar para o mundo de olhos fechados.
A conciliação entre ciência e religião só ocorrerá quando ficar claro o papel social de cada uma. Negar uma ou outra é ignorar que o homem é tanto um ser espiritual quanto racional.
quinta-feira, 22 de junho de 2006
Matéria e energia
Existe algo muito belo nessa nova física, na qual matéria e energia são a mesma coisa |
Talvez a equação mais famosa da física seja E=mc2, obtida por Einstein em 1905 em sua teoria especial da relatividade. Todo mundo gosta de repeti-la, afirmando com convicção que "matéria e energia são a mesma coisa". A verdade, como sempre, não é assim tão simples. O que não significa que não seja fascinante.
Vale começar com a física pré-einsteiniana, quando matéria e energia tinham uma relação bem diferente. Durante os séculos 18 e 19, os físicos reformularam as leis da mecânica em termos de relações entre tipos diferentes de energia que corpos materiais podiam ter. Energia não era só uma "coisa", mas uma coisa que corpos podem ou não ter.
Por exemplo, um carro viajando a uma certa velocidade tem energia cinética, isto é, energia de movimento. Quanto mais rápido o carro anda, mais energia cinética tem. Se o carro está parado, sua energia cinética é zero. (Para os leitores com espírito matemático, a energia cinética de um corpo varia com o quadrado de sua velocidade.) Isso vale para qualquer corpo em movimento, não só carros.
Outro tipo de energia é a energia potencial. Ela está armazenada de alguma forma e pode ser transformada em movimento. Por exemplo, uma pedra, quando largada de uma certa altura, vai ao chão. Existe aqui a tendência de movimento em potencial; daí o nome energia potencial. Claro, se a pedra está já no chão, sua energia potencial é igual a zero.
Note que, ao cair, a pedra adquire energia cinética. Portanto durante a queda existe uma conversão de energia potencial em energia cinética: à medida que a pedra cai, sua energia potencial decresce e sua energia cinética cresce. Quando ela chega ao chão e pára, ambas energias vão a zero.
Existem outros tipos de energia potencial. A que mencionei acima é a do tipo gravitacional. Encontramos outro tipo nas molas. Uma mola, quando comprimida, armazena energia potencial: se a soltarmos, ela se relaxará. Novamente, há uma conversão de energia potencial em energia cinética. Qualquer máquina que envolva movimento converte algum tipo de energia potencial em energia cinética.
Essa é a física familiar do nosso dia-a-dia. A partir de 1905, tudo mudou. Einstein mostrou que energia não é apenas uma coisa que corpos podem ou não ter. Segundo a relatividade especial, matéria e energia são interconversíveis: é possível transformar matéria (ou massa) em energia e vice-versa. Em vez de ser algo que corpos materiais têm, energia passou a ser algo que eles são. Massa é energia e energia pode ser massa. A sutileza está em como ocorre a interconversão.
Segundo a fórmula, a massa m de um corpo em repouso multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz (c = 300.000 km/s) é a energia contida nessa massa. Seria genial se pudéssemos inventar uma máquina que transforma massa em energia; resolveria todos os problemas de combustível. O que complica as coisas é a enormidade da velocidade da luz. Se, por um lado, isso significa que existe muita energia armazenada na massa de um corpo, por outro é extremamente difícil extraí-la; para tal, são necessários processos a altíssimas energias.
Um exemplo é o que ocorre em usinas nucleares; núcleos atômicos pesados são fissionados (quebrados) em núcleos menores. Essa fissão libera a energia que ferve água e move turbinas.
Existe algo de muito belo nessa nova física, na qual matéria e energia são, essencialmente, a mesma coisa. Isso pode não ser aparente na nossa vida diária, mas está lá, no coração dos átomos, regendo as interações entre as partículas elementares da matéria.
domingo, 18 de junho de 2006
O "por quê?" e o "como?"
Nem sempre a ciência pode ou mesmo tenta ou deve explicar o porquê das coisas
Uma das percepções mais comuns da ciência é que ela tem o dever de explicar o porquê de tudo. Por exemplo, por que o céu diurno é azul e não amarelo ou laranja? Por que a Terra gira em torno do Sol e não o contrário, como se pensava até 400 anos atrás? Por que existe vida na Terra e não em Vênus? Por que algumas pessoas têm olhos azuis e outras, castanhos?
Na prática, no entanto, a situação é mais complicada: existem dois tipos de pergunta, o "por quê?" e o "como?". Nem sempre a ciência pode ou mesmo tenta ou deve explicar o porquê das coisas. Perguntas do tipo "como" são, em geral, muito mais apropriadas à missão da ciência de descrever a realidade em que vivemos.
Eis um exemplo extremo. Por que o Universo surgiu? Não há como responder a essa questão cientificamente. E por que não? Porque a pergunta não é científica. Ela implica numa suposta intenção, uma teleologia que simplesmente não pertence ao discurso científico. Porém, a pergunta "como surgiu o Universo?" é bem mais apropriada, embora altamente complexa. Mesmo que não tenhamos uma resposta, não é absurdo achar que ela exista e que um dia seja encontrada.
Outro exemplo, mais concreto: no século 17, o inglês Isaac Newton desenvolveu uma teoria da gravidade baseada no seguinte fato: todos os objetos materiais no Universo, como você, os planetas e as estrelas, exercem uma atração sobre todos os outros objetos -atração esta proporcional à magnitude de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que existe entre eles.
Portanto, corpo A com massa MA e corpo B com massa MB exercem atração mútua com uma força proporcional a MAxMB, o produto das duas massas. Imagino que alguns leitores se surpreendam com isso e se perguntem: isso significa que estrelas distantes estão me atraindo e eu a elas? Sim. E por que não voamos na direção delas? Porque felizmente a força cai com o quadrado da distância. Para nós, seres terrestres, a atração da Terra domina de longe todas as outras.
A teoria de Newton é extremamente bem-sucedida, explicando uma série de observações e fenômenos que presenciamos no nosso dia-a-dia. Por exemplo, ela demonstra que a trajetória de uma bala de canhão ou de uma pedra atirada para frente é parabólica e que as órbitas dos planetas em torno do Sol são elipses. Com isso, é possível calcular com altíssima precisão os movimentos terrestres e celestes que dependem da força da gravidade. Mesmo assim, essa é uma teoria do "como" e não do "por quê".
Uma das críticas que se fez ainda no tempo de Newton é que essa atração à distância entre o Sol e os planetas, ou entre uma pedra e a Terra, é muito misteriosa. Quando perguntaram a ele por que massas se atraem, respondeu que preferia não inventar hipóteses sobre o assunto: uma teoria científica pode se contentar em descrever com alta precisão como os planetas seguem suas órbitas celestes ou qual a trajetória de um foguete sem ter que explicar por que massas se atraem.
Isso pode frustrar aqueles que precisam de uma explicação completa e absoluta de tudo, mas não frustra os cientistas. Essa diferença de opinião vem de uma expectativa distorcida do que seja a ciência. Muitos acham que, como a ciência explica racionalmente tantas coisas que antes eram "explicadas" pela religião, deveria mesmo explicar tudo, como o faz a religião.
No entanto, a proposta da ciência é bem mais humilde: basta explicar "como". O que fazemos é desvendar as regras que regem a realidade, não explicar por que elas existem.
Uma das percepções mais comuns da ciência é que ela tem o dever de explicar o porquê de tudo. Por exemplo, por que o céu diurno é azul e não amarelo ou laranja? Por que a Terra gira em torno do Sol e não o contrário, como se pensava até 400 anos atrás? Por que existe vida na Terra e não em Vênus? Por que algumas pessoas têm olhos azuis e outras, castanhos?
Na prática, no entanto, a situação é mais complicada: existem dois tipos de pergunta, o "por quê?" e o "como?". Nem sempre a ciência pode ou mesmo tenta ou deve explicar o porquê das coisas. Perguntas do tipo "como" são, em geral, muito mais apropriadas à missão da ciência de descrever a realidade em que vivemos.
Eis um exemplo extremo. Por que o Universo surgiu? Não há como responder a essa questão cientificamente. E por que não? Porque a pergunta não é científica. Ela implica numa suposta intenção, uma teleologia que simplesmente não pertence ao discurso científico. Porém, a pergunta "como surgiu o Universo?" é bem mais apropriada, embora altamente complexa. Mesmo que não tenhamos uma resposta, não é absurdo achar que ela exista e que um dia seja encontrada.
Outro exemplo, mais concreto: no século 17, o inglês Isaac Newton desenvolveu uma teoria da gravidade baseada no seguinte fato: todos os objetos materiais no Universo, como você, os planetas e as estrelas, exercem uma atração sobre todos os outros objetos -atração esta proporcional à magnitude de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que existe entre eles.
Portanto, corpo A com massa MA e corpo B com massa MB exercem atração mútua com uma força proporcional a MAxMB, o produto das duas massas. Imagino que alguns leitores se surpreendam com isso e se perguntem: isso significa que estrelas distantes estão me atraindo e eu a elas? Sim. E por que não voamos na direção delas? Porque felizmente a força cai com o quadrado da distância. Para nós, seres terrestres, a atração da Terra domina de longe todas as outras.
A teoria de Newton é extremamente bem-sucedida, explicando uma série de observações e fenômenos que presenciamos no nosso dia-a-dia. Por exemplo, ela demonstra que a trajetória de uma bala de canhão ou de uma pedra atirada para frente é parabólica e que as órbitas dos planetas em torno do Sol são elipses. Com isso, é possível calcular com altíssima precisão os movimentos terrestres e celestes que dependem da força da gravidade. Mesmo assim, essa é uma teoria do "como" e não do "por quê".
Uma das críticas que se fez ainda no tempo de Newton é que essa atração à distância entre o Sol e os planetas, ou entre uma pedra e a Terra, é muito misteriosa. Quando perguntaram a ele por que massas se atraem, respondeu que preferia não inventar hipóteses sobre o assunto: uma teoria científica pode se contentar em descrever com alta precisão como os planetas seguem suas órbitas celestes ou qual a trajetória de um foguete sem ter que explicar por que massas se atraem.
Isso pode frustrar aqueles que precisam de uma explicação completa e absoluta de tudo, mas não frustra os cientistas. Essa diferença de opinião vem de uma expectativa distorcida do que seja a ciência. Muitos acham que, como a ciência explica racionalmente tantas coisas que antes eram "explicadas" pela religião, deveria mesmo explicar tudo, como o faz a religião.
No entanto, a proposta da ciência é bem mais humilde: basta explicar "como". O que fazemos é desvendar as regras que regem a realidade, não explicar por que elas existem.
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