Astroteologia: breve introdução

 Vivemos numa época peculiar, na qual o que antes era província da religião faz parte da ciência 

 Nós, humanos, somos seres limitados. Criativos e inovadores, conseguimos ampliar em muito a nossa compreensão do mundo por meio da aplicação diligente da razão e, complementarmente, das artes.

 Isso porque, se a ciência e as artes têm algo em comum, é justamente a tentativa de estender nossa visão de mundo, de ampliar as fronteiras do conhecimento, revelando aspectos inusitados do real. Um teorema e um poema são reflexões do possível, seja o concreto ou o onírico. A imaginação lança mão de todos os recursos à sua disposição para dar sentido à existência.

 Talvez seja por isso que o teólogo americano Reinhold Niebuhr escreveu que "o homem é o seu maior problema". Nossas filosofias, ciências e religiões são tentativas de compreender a existência apesar de nossa miopia, isto é, de nossas limitações sobre o que vemos e entendemos.

 Nessa busca, não é coincidência que a crença religiosa funcione como uma bússola para tantas pessoas. Como explicar a origem do Universo? Ou da vida? Ou por que temos uma mente capaz de refletir sobre essas questões complexas?

 Tais questões são, hoje, parte da pesquisa científica de ponta. Vivemos numa época peculiar, em que o que antes era província exclusiva da religião faz parte do discurso rotineiro da ciência. Porém, por não termos ainda respostas, essas questões continuam nos assombrando.

 Talvez um dos dilemas da humanidade seja a angústia de poder contemplar o divino sem sê-lo. Temos a capacidade de imaginar a perfeição, a ausência de dor, a imortalidade; mas, tirando a ficção e a fé, não temos como transcender nossa realidade carnal, os limites temporais e espaciais. Ou será que temos?

 Considerando que a ciência moderna tem apenas quatro séculos (marcando seu início com Kepler e Galileu), e percebendo o quanto já fizemos em tão curto prazo, imagine o que nos espera em mil anos?

 Ou 10 mil anos, se, claro, não nos destruirmos antes disso. A ciência nos permite já uma manipulação dos genes de criaturas, a ponto de podermos modificar o que comemos e mesmo alcançar curas diversas.

 Extrapolando a expansão tecnológica para o futuro, alguns afirmam que, em algumas décadas, chegaremos a um ponto em que nossa hibridização com máquinas será tão profunda que não poderemos mais nos dissociar delas. Caso essas previsões se concretizem -e, a meu ver, já estão ocorrendo-, seremos, como escrevi aqui recentemente, uma nova espécie, além do humano.

 Agora imagine que, tal como nós, outras criaturas inteligentes em algum canto da galáxia descobriram a ciência. Só que o fizeram, digamos, 1 milhão de anos antes de nós, o que em termos cósmicos não é nada.

 Essas criaturas teriam se transformado completamente ao se hibridizar com máquinas. Seriam, talvez, apenas informação, existindo em campos energéticos no espaço.

 Teriam o poder de criar vida, escolhendo suas propriedades. Poderiam, por exemplo, ter nos criado, ou a alguns de nossos antepassados, como parte de um experimento. Poderiam, por exemplo, estar nos observando, como nós observamos animais no zoológico ou no laboratório. Essas entidades imateriais, mas existentes, seriam nossos criadores. Seriam eles deuses, mesmo se não sobrenaturais?

Sonhos de supersimetria

 É difícil dizer quando uma hipótese propondo um novo fenômeno deve ser descartada pelos cientistas 

 Quando os cientistas aceitam que uma hipótese está errada? Em princípio, a coisa é simples: formula-se uma hipótese para explicar um fenômeno já conhecido ou propor a existência de algo novo. Experimentos são montados com o intuito de verificar a hipótese. Caso o fenômeno já seja conhecido, a hipótese é comparada com hipóteses rivais. A que for mais simples e explicar melhor o que foi observado é escolhida.

 A partir daí, ela fica sendo a explicação aceita até que novos fenômenos venham contradizê-la. O segundo caso, hipóteses científicas que propõem novos fenômenos, é bem mais complicado.

 A complicação vem de como as hipóteses são construídas. Em geral, especialmente na física e na astronomia, hipóteses são baseadas em modelos matemáticos, descrições aproximadas de como a Natureza opera. Todo modelo é uma aproximação, ou seja, nenhum é réplica perfeita do real. Consequentemente, nenhum modelo é completo.

 Por exemplo, na física de partículas, que estuda os menores componentes da matéria, tudo o que conhecemos se resume ao Modelo Padrão, que explica as partículas descobertas até agora e as quatro forças com que interagem entre si.

 Sua estrutura é relativamente simples: 12 partículas de matéria arranjadas em três "famílias". A mais conhecida descreve a matéria da qual somos compostos (elétrons, prótons e nêutrons). As duas outras descrevem partículas que surgem em experimentos de altíssimas energias, como os do LHC, famoso pela descoberta do bóson de Higgs.

 Mas, como todo modelo é incompleto, existem lacunas no Modelo Padrão. Para preenchê-las, físicos propõem extensões do Modelo Padrão, novos modelos com mais partículas. O teste dessas hipóteses é sempre descobrir as novas partículas propostas pelos modelos.

 Deles, o mais famoso é o que invoca uma nova simetria da natureza, a supersimetria. Essa simetria dobraria o número de partículas que existem na Natureza.

 Se a supersimetria existe, deveríamos encontrar um monte de novas partículas. Isso parece ruim, mas a ideia é que a supersimetria explicaria vários problemas que existem no Modelo Padrão, os quais não temos espaço para abordar. (Trato disso em meu livro "Criação Imperfeita".)

 A supersimetria também pode resolver um enigma cósmico, a existência da matéria escura, que afeta a rotação das galáxias.

 Por causa disso, físicos no LHC e em outros experimentos vem buscando partículas previstas por teorias supersimétricas. Até o momento, nada. Recentemente, um raro decaimento ("decomposição") de uma partícula conhecida como méson B criou mais problemas para a supersimetria, que prevê que o decaimento seja muito mais comum do que é.

 Por que a supersimetria não é abandonada? A complicação é que modelos matemáticos dependem de parâmetros que podem ser ajustados (massa das partículas, por exemplo), de modo que suas previsões escapem dos instrumentos de detecção: a teoria pode se esconder, em princípio indefinidamente.

 E que critério, então, é usado para descartar uma hipótese que não está funcionando? Não existe uma resposta clara. Apenas a humildade de aceitar o erro e propor o novo, mesmo que menos elegante.

Quem seremos no futuro?

 Segundo visionário, em 2020 computadores serão poderosos o suficiente para simular o cérebro humano 

 Acabo de assistir a uma palestra do inventor e futurista Ray Kurzweil, que está passando uns dias na minha universidade nos EUA. Kurzweil ficou famoso por suas várias invenções, desde sintetizadores que podem simular sons de piano e outros instrumentos até um software para cegos que transforma texto em voz.

 Escreveu vários best-sellers, nos quais explora como o avanço exponencial da tecnologia transformará profundamente a sociedade, redefinindo não só o futuro mas a própria noção do que significa ser humano. Segundo Kurzweil a revolução não só já começou como avança rapidamente em direção a um ponto final, "a Singularidade", quando máquinas e seres humanos formarão uma aliança que poderá nos tornar seres super-humanos. Ele prevê que chegaremos lá em 2045.

 Segundo Kurzweil, em 2020 computadores serão poderosos o suficiente para simular o cérebro humano. Baseando seus argumentos numa lei empírica chamada "Lei dos Retornos Acelerados", ele afirma que em 25 anos o progresso da internet e a velocidade de processamento de dados criarão tecnologias bilhões de vezes mais poderosas do que as que temos hoje.

 Por exemplo, os computadores da década de 1970 eram 1 milhão de vezes mais caros e mil vezes menos eficientes do que o que temos hoje em nossos celulares, totalizando um aumento de bilhões de vezes em eficiência de computação por real.

 Ele prevê que em 2029 teremos entendido o funcionamento do cérebro humano, ao menos o suficiente para simular seu funcionamento em computadores que, a essa altura, serão bem mais poderosos do que nossos cérebros.

 A singularidade, no caso da física dos buracos negros, da qual Kurzweil tomou sua inspiração, é um ponto além do qual não sabemos o que pode ocorrer. É onde as leis que usamos para descrever as propriedades da matéria, do espaço e do tempo deixam de fazer sentido. Isso não significa que seja impossível compreender a singularidade, mas apenas que não temos as ferramentas teóricas para fazê-lo.

 Já no caso da inteligência artificial, fica bem mais difícil prever o que poderá ocorrer. Toda tecnologia pode ser usada para o bem ou para o mal. Se, como Kurzweil, somos otimistas e vemos que a humanidade, em média, tem se beneficiado com o avanço tecnológico (vivemos mais e matamos melhor, mas matamos menos), a singularidade trará uma nova era na evolução da inteligência, na qual o corpo será supérfluo: o que importará será a informação que nos define.

 Afinal, somos matéria arranjada segundo um plano, e esse plano é uma sequência de instruções, ou seja, um programa.

 Se pudermos armazenar essas instruções, em princípio podemos recriá-las em qualquer máquina, como numa realidade virtual superavançada. Imagine um personagem do videogame Sims que é tão sofisticado que se considera vivo. Seremos ele. A realidade, tal qual a percebemos, pode ser simulada; basta mais informação, mais detalhes, mais velocidade de processamento.

 Se é esse o nosso futuro, é bom começarmos a pensar nas suas várias consequências. E nos certificar de que nossa informação terá um backup que não falhará nem poderá ser destruído por forças malignas.

A morte do Nada

 Desde o início, a filosofia pergunta se existe espaço vazio no Universo; agora, o Nada bateu as botas

É com grande pesar que vos informo da morte do Nada. Pois é, caro leitor, após mais de dois milênios de ambiguidades e confusões, parece que desta vez o Nada bateu mesmo as botas. São coisas que temos de aceitar em vista da evidência extremamente convincente vinda tanto da física das partículas elementares -que visa explicar a composição mais fundamental da matéria- como da astronomia. Comecemos com as partículas.

A questão da composição material do mundo é tão velha quanto a filosofia; foi Tales, o primeiro dos filósofos gregos, que perguntou: "Do que o mundo é feito?".

Desde então, a discussão girou em torno da questão do vazio ou, menos precisamente, do Nada: existe o espaço vazio, destituído de qualquer tipo de matéria ou substância? Ou será que algo o preenche, como o ar preenche nossa atmosfera?

Um tremendo vaivém se deu com o passar dos séculos, tema que volta e meia tratamos aqui neste espaço. Os atomistas gregos supuseram que existiam apenas átomos se movendo no vazio, enquanto que Aristóteles considerava a hipótese do vazio absurda: preencheu o Cosmo com uma quinta-essência, o éter que compunha os objetos celestes e, de forma difusa, enchia o espaço, tornando-o pleno.

Depois, veio Descartes com seus vórtices de uma substância fluida que enchia o universo, tese desmentida de forma muito lúcida por Newton no final do século 17. Atomista também ele, o mestre inglês provou claramente que, se alguma substância preenchesse o espaço, causaria fricção nas órbitas planetárias e o Sistema Solar não existiria como o vemos.

Veio, então, a luz como onda eletromagnética, no século 19, necessitando de um meio material para se propagar; o éter retorna, com essa função, até que, em 1905, Einstein demonstra sua inutilidade. Porém, em 1917, ele mesmo sugere que, se o Universo é esférico e estático, deveria ser preenchido por uma substância estranha, cuja função seria atuar como uma espécie de antigravidade, equilibrando a atração de todas as coisas. Mas o Universo não é estático e, em 1929, a tal constante cosmológica é deixada de lado. Provisoriamente.

No meio tempo, físicos de partículas descobriram os componentes básicos da matéria comum. Destes, o bóson de Higgs tem o papel singular de atribuir massa a todas as outras partículas. Para tal, encontra-se por todo o espaço uma espécie de ar que não é ar mas por onde todas as partículas de matéria se movem. E, ao fazê-lo, respondem à presença do Higgs com inércias próprias, como pérolas movendo ora em água ora em mel. O espaço, segundo a física do muito pequeno, não pode ser vazio.

E nem o Cosmo nas suas proporções maiores: em 1998, astrônomos descobriram que as galáxias se afastam de forma acelerada, levadas pela expansão cósmica como objetos numa enchente. A causa dessa aceleração, com efeito idêntico ao termo que Einstein inseriu e depois descartou nas equações de sua teoria da relatividade, é uma espécie de fluido preenchendo todo o espaço, primo do Higgs mas não ele, um outro tipo de éter, chamado provisoriamente de energia escura. Existimos numa natureza plena-plena de essências e mistérios.

Copérnico traído

 Tendo dedicado seu grande tratado ao próprio papa, provavelmente não era a Igreja Católica que ele temia 

 NOS SÉCULOS 16 e 17, o que você pensava sobre o Cosmos podia lhe custar a vida; se não a vida, ao menos a liberdade e a integridade física. Imagine viver numa sociedade na qual o arranjo dos céus, por fazer parte da interpretação teológica da Bíblia, era determinado não pela ciência, mas pela fé. Essa era a época em que viveram Copérnico, Galileu e Johannes Kepler, os pioneiros da chamada Revolução Copernicana.

 Copérnico trabalhava para a Igreja Católica na Polônia como uma espécie de administrador local. Mas, embora houvesse estudado medicina e jurisprudência, seu interesse real estava nos céus.

 Em 1500, todos acreditavam que a Terra era o centro do Cosmo e que o Sol, a Lua e os planetas giravam à sua volta. Em 1510, Copérnico escreveu um pequeno tratado propondo algo inteiramente diferente: o Sol era o centro e a Terra girava à sua volta, tal como todos os planetas.

 Ele resolveu testar a recepção da ideia distribuindo o trabalho para alguns intelectuais e membros do clero. Ao contrário do que muitos pensam, a Igreja Católica não tinha ainda uma posição oficial contra o sistema heliocêntrico (o Sol no centro). Quem se manifestou contra Copérnico foi Martinho Lutero: "Há aí um astrônomo que diz que a Terra gira em torno dos céus. O tolo acha que vivemos num carrossel". Fora isso, nada de muito dramático ocorreu com Copérnico e seu tratado.

 Apesar de sua fama crescente como excelente astrônomo, Copérnico só foi publicar sua grande obra, o resumo do trabalho de toda a sua vida, em 1543.

 Alguns afirmam que ele temia os outros astrônomos, pois sabia que seus dados não eram dos melhores: construiu seu sistema usando medidas astronômicas tiradas por Ptolomeu em 150 d.C. e por astrônomos árabes durante a Idade Média -Copérnico era mais um arquiteto do que um observador.

 Talvez se preocupasse também com os luteranos, que avançavam em seu domínio na Europa Central. Mas quando, devido à insistência de seu único pupilo, Rheticus, ele termina o tratado, Copérnico o dedica ao papa! Certamente não era a Igreja que ele temia.

 Na época, publicar um livro significava passar um tempo junto com o editor, acertando todos os detalhes. Como era já bem velho, Copérnico manda Rheticus para Nuremberg de modo a tomar conta disso.

 Só que o rapaz era homossexual e acabou sendo expulso da cidade. Na pressa, deixou o manuscrito aos cuidados de Andreas Osiander, um teólogo luterano conservador.

 Péssima escolha. Osiander, representando o pensamento de sua igreja, acrescenta um prefácio anônimo ao livro, dizendo que o sistema ali proposto era apenas um modelo matemático que ajudava no cálculo das posições planetárias, nada dizendo sobre o real arranjo dos céus, que permanecia geocêntrico.

 Nesse meio tempo, Copérnico sofre um derrame e só recebe as provas do livro na cama. Segundo os relatos, ao ler o prefácio, compreendendo a dimensão da traição de Osiander, Copérnico morre no mesmo dia. Apenas em 1609 é que Kepler desmascara a traição, argumentando que Copérnico jamais teria escrito tal coisa. Copérnico morreu traído, mas é imortalmente celebrado como um dos heróis da história do pensamento.

Quão rara é a Terra?

 A semelhança de tamanho com o nosso planeta é só um dos atributos que talvez sejam necessários à vida 

 Agora que temos a certeza de que existe um número enorme de planetas com características físicas semelhantes à Terra, vale perguntar se esses astros têm, de fato, a chance de abrigar formas de vida e, se tiverem, que vida seria essa.

 Antes, alguns números importantes. Os melhores dados com relação à existência de outros planetas vêm de um satélite da Nasa, o Kepler, que anda buscando planetas como a Terra ao fazer um mapeamento de 100 mil estrelas que estão na nossa região cósmica.

 Pelo projeto da missão, a identificação dos planetas usa um efeito chamado de trânsito: quando um planeta passa na frente de sua estrela (por exemplo, Vênus passando na frente do Sol), o brilho da estrela é ligeiramente diminuído. Marcando o tempo que demora para o planeta passar em frente à estrela, a diminuição do brilho e, se possível, o período da órbita (quando o planeta retorna ao seu ponto inicial), é possível determinar o tamanho e massa do planeta.

 Com isso, a missão estima que cerca de 5% dos planetas na nossa galáxia têm massas semelhantes à Terra e, possivelmente, estão na zona habitável, o que significa que a temperatura na sua superfície permite a existência de água líquida (se houver água neles).

 Como sabemos que o número de estrelas na nossa galáxia é em torno de 200 bilhões, a estimativa da missão Kepler implica que devem existir em torno de 10 bilhões de planetas com dimensões semelhantes às da Terra. Nada mal, se supormos que basta isso para que exista vida. Porém, a situação é bem mais complexa e depende em detalhe das propriedades da vida e, em particular, da história geológica do planeta.

 Aqui na Terra, a vida surgiu 3,5 bilhões de anos atrás. Porém, durante aproximadamente 3 bilhões de anos, a vida aqui era constituída essencialmente de seres unicelulares, pouco sofisticados. Digamos, um planeta de bactérias. Só bem depois que a atmosfera da Terra foi "oxigenada", e isso devido à descoberta da fotossíntese por certas bactérias (cianobactérias, na verdade), é que seres multicelulares, bem mais tarde, surgiram.

 A mudança gerou outra coisa importante: quando o oxigênio sofreu a ação da radiação solar, formou-se a camada de ozônio que acaba por proteger a superfície do planeta. Sem essa proteção, a vida complexa na superfície seria inviável.

 Fora isso, a Terra tem uma lua pesada, o que estabiliza o seu eixo de rotação -a Terra é como um pião que está por cair, rodopiando em torno de si mesma numa inclinação de 23,5 graus. Essa inclinação é a responsável pelas estações do ano e por manter o clima da Terra relativamente agradável.

 Sem nossa Lua, o eixo de rotação teria um movimento caótico e a temperatura variaria de forma aleatória. Juntemos a isso o campo magnético terrestre, que nos protege da radiação solar e de outras formas de radiação do espaço, e o movimento das placas tectônicas, que funciona como um termostato terrestre e regula a circulação de gás carbônico na atmosfera, e vemos que são muitas as propriedades que fazem o nosso planeta ser especial.

 Portanto, mesmo que existam outras "Terras" pela galáxia, defendo ainda a raridade do nosso planeta e da vida complexa que nele existe.

Controlando a fragilidade quântica

 O Nobel de Física deste ano ajuda a entender o mundo bizarro do muito pequeno e ainda tem um lado prático 

 O prêmio Nobel de Física de 2012, conferido nesta semana, foi para o francês Serge Haroche e o americano David Wineland. Ambos são pioneiros da manipulação de sistemas quânticos, o mundo dos átomos, elétrons e outras partículas.

 As descobertas têm importância tanto para compreensão dos efeitos bizarros que ocorrem no mundo do muito pequeno quanto para aplicações práticas, como relógios ultraprecisos e computadores quânticos.

 O mundo quântico é extremamente frágil. Um dos maiores problemas da física quântica é como medi-lo sem interferir nele. Na nossa realidade, isso é bem mais fácil: você vê uma mosca, sabe onde está e, em princípio, pode medir sua velocidade: basta dividir a distância que a mosca percorreu pelo tempo de voo.

 Mas, se essa mosca fosse um elétron, a coisa ficaria bem mais difícil. Quanto mais precisa for a medida da posição do elétron, mais vago o valor da sua velocidade. Isso porque o ato de medir interfere com o que está sendo medido: no caso, partículas de luz, os fótons, têm de ser refletidas no elétron e viajar até um detector.

 Para saber melhor onde está o elétron, o fóton precisa ter maior energia. Com isso, acaba "empurrando" o elétron, interferindo na sua posição. Com a mosca isso também ocorre, mas os fótons não têm energia suficiente para empurrá-la.

 Essa é a diferença entre o mundo clássico, o nosso mundo, e o mundo quântico. O desafio é como medir sem interferir, ou ao menos interferir preservando a natureza quântica dos fenômenos observados.

 Haroche conseguiu "prender" fótons entre dois espelhos, fazendo com que ricocheteassem inúmeras vezes, viajando um total de 40 mil quilômetros antes de serem perdidos. Isso acaba construindo uma onda estável entre os dois espelhos, uma superposição coerente dos fótons. Para tal, o experimento tem de ser extremamente preciso e estável: qualquer interferência externa destruiria a coerência dos fótons. Esses "espelhos" foram feitos de material supercondutor e mantidos a temperaturas baixíssimas.

 A informação sobre os fótons foi obtida emitindo átomos de rubídio um a um para não destruir a coerência dos fótons, um feito incrível. Haroche tentava reproduzir no laboratório um efeito conhecido como gato de Schrödinger, explorando a transição entre o mundo quântico e o mundo clássico.

 Schrödinger imaginou que, se um gato estivesse preso numa caixa com um gás venenoso cuja emissão é controlada por átomos radioativos, um observador externo não saberia se o gato está morto ou vivo: só abrindo a caixa, observando o gato, teria uma resposta.

 Ou seja, no mundo quântico, o estado do gato seria uma combinação dos dois, morto e vivo ao mesmo tempo -um estado de coerência quântica. Os fótons entre os espelhos fazem algo semelhante, uma superposição de dois estados que sobrevive por um tempo, até ser destruída após a passagem de vários átomos de rubídio.

 Com isso, Haroche pôde estudar a destruição gradativa de um estado quântico pela primeira vez. Isso poderá ajudar no desenho de novos computadores que exploram as propriedades do mundo quântico para fazer cálculos muito mais eficientemente do que os atuais.