Marcelo Gleiser

folha de são paulo

Sol novo, Sol velho

 

Você gostaria de se ver mais velho? Se houvesse um espelho mágico capaz de mostrar sua imagem em uma, duas ou mais décadas, você olharia?

Imagino que a opinião seria dividida, uns tantos sim, outros tantos não. Afinal, ver o futuro teria repercussão sobre como viveríamos no presente, o que criaria uma série de paradoxos estranhos.

Se no futuro eu me visse gordo e resolvesse fazer uma dieta, emagreceria? Se emagrecesse, não estaria mudando o futuro? E será que isso é possível? Afinal, o espelho me mostrou gordo... Ou, quem sabe, o futuro não seja um apenas, mas feito de múltiplas opções, como no conto de Jorge Luis Borges "O Jardim dos Caminhos que se Bifurcam".

Deixando essas preocupações um tanto humanas de lado (voltaremos a elas em outro dia), o fato é que em astronomia, ao menos, ver o futuro e o passado é extremamente útil.

Tanto assim que um time internacional de astrônomos, liderados pelo brasileiro Jorge Meléndez, da USP, vem buscando estrelas semelhantes ao Sol, mais velhas e mais novas, para que possamos aprender sobre a evolução da nossa estrela-mãe. Para tal, o grupo usa o gigantesco telescópio em Paranal no Chile conhecido como VLT (do inglês Very Large Telescope, "Telescópio Muito Grande"), do ESO (Observatório Europeu do Hemisfério Sul), um consórcio de 15 países com vários instrumentos de grande alcance e precisão. O Brasil deve ratificar sua presença como membro oficial do ESO ainda este ano.

Em artigo de abril publicado no prestigioso "Astrophysical Journal Letters", com TalaWanda Monroe, também da USP, como primeira autora, o grupo revela dados de duas estrelas "gêmeas" do Sol, uma bem mais nova, a 18 Scorpii, e outra bem mais velha, a HIP 102152. Ou seja, um olho no nosso passado e outro no nosso futuro ou, ao menos, no futuro do Sol.

HIP 102152, com 8,2 bilhões de anos, é bem mais velha do que o Sol, que tem 4,6 bilhões de anos. A questão de maior importância para o público é se o Sol é uma estrela típica ou atípica. É bom sabermos, pois nossa sobrevivência na Terra depende do Sol e da sua estabilidade.

Caso seja uma estrela normal, dentro de sua classificação (estrelas aparecem em classes diferentes, dependendo da sua massa, temperatura etc.), o Sol continuará a gerar luz por muitos bilhões de anos, em torno do dobro da sua idade. Caso não seja normal, as coisas podem complicar. E, se complicarem, a vida na Terra poderá estar em apuros mais cedo do que gostaríamos.

Estudando 21 elementos químicos presentes nas três estrelas, o grupo mostrou que o Sol é uma estrela normal. Em particular, que o elemento lítio, que é bem mais raro no Sol do que em estrelas gêmeas mais novas, é destruído com o envelhecer da estrela: HIP 102152 tem aproximadamente a metade do lítio que temos aqui.

O grupo mostrou também que a HIP 102152 não tem planetas gigantes como o nosso Júpiter ou Saturno na região mais próxima dela, onde podem existir planetas rochosos como a Terra. Ou seja, da imagem do Sol idoso, aprendemos que o nosso Sol não foge à regra; o que possibilita que outros como ele tenham planetas como a Terra que, quem sabe, abriguem também formas de vida.

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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Marcelo Gleiser

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O poder criativo da imperfeição

Na semana passada, escrevi sobre como nossas teorias científicas sobre o mundo são aproximações de uma realidade que podemos compreender apenas em parte. Nossos instrumentos de pesquisa, que tanto ampliam nossa visão de mundo, têm necessariamente limites de precisão. Não há dúvida de que Galileu, com seu telescópio, viu mais longe do que todos antes dele.

Também não há dúvida de que hoje vemos muito mais longe do que Galileu poderia ter sonhado em 1610. E certamente, em cem anos nossa visão cósmica terá sido ampliada de forma imprevisível.

No avanço do conhecimento científico, vemos um conceito que tem um papel essencial: simetria. Já desde os tempos de Platão, a noção de que existe uma linguagem secreta da Natureza, uma matemática por trás da ordem que observamos, teve um papel fundamental.

Platão --e, com ele, muitos matemáticos até hoje-- acreditava que os conceitos matemáticos existiam em uma espécie de dimensão paralela, acessível apenas através da razão. Nesse caso, os teoremas da matemática (como o famoso teorema de Pitágoras) existem como verdades absolutas, que a mente humana, ao menos as mais aptas, pode ocasionalmente descobrir. Para os Platônicos, a matemática é uma descoberta e não uma invenção humana.

O matemático Gregory Chaitin, que defende esta posição, sem muita paixão, também a acusa de ser uma espécie de religião, um resquício de uma teologia Tomista onde a fé é buscada no estudo da "mente de Deus".

Hoje, a busca por uma teoria final da Natureza, ao menos no que diz respeito às forças que agem nas partículas fundamentais da matéria, é a encarnação moderna do sonho platônico de um código secreto da Natureza. As teorias de unificação, como são chamadas (veja a coluna da semana passada), visam justamente isso, formular todas as forças como manifestações de uma única, com sua simetria abrangendo todas as outras.

Culturalmente, é difícil não traçar uma linha entre as fés monoteístas e a busca por uma unidade da Natureza nas ciências. Este sonho, porém, é impossível de ser realizado.

Primeiro, porque nossas teorias são sempre temporárias, passíveis de ajustes e revisões futuras. Não existe uma teoria que podemos dizer final, pois nossas explicações mudam de acordo com o conhecimento acumulado que temos das coisas.

Um século atrás, um elétron era algo muito diferente do que é hoje. Em cem anos, será algo muito diferente outra vez. Não podemos saber se as forças que conhecemos hoje são as únicas que existem.

Segundo, por que nossas teorias e as simetrias que detectamos nos padrões regulares da Natureza são em geral aproximações. Não existe uma perfeição no mundo, apenas em nossas mentes. De fato, quando analisamos com calma as "unificações" da física vemos que são aproximações que funcionam apenas dentro de certas condições.

O que encontramos são assimetrias, imperfeições que surgem desde as descrições das propriedades da matéria até às das moléculas que determinam a vida, as proteínas e os ácidos nucleicos (RNA e DNA). Por trás da riqueza que vemos nas formas materiais, encontramos a força criativa das imperfeições.

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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Marcelo Gleiser

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Bóson de Higgs e simetrias

A partícula Higgs confirma a unificação das forças fraca e eletromagnética, mas o que isso quer dizer?

Passados três anos da publicação do meu livro "Criação Imperfeita", achei oportuno revisitar, hoje e esporadicamente, alguns de seus temas tendo em vista novas descobertas da física e da astronomia.

Para os leitores que não conhecem a obra, nela essencialmente proponho uma nova estética da natureza, baseada na imperfeição e nas assimetrias. Essa noção vai contra a ideia dominante das ciências naturais, onde a simetria tem uma papel fundamental.

Claro, isso sempre continuará a ser o caso, mas o que muda é a interpretação dessas simetrias, que deixam de ser fundamentais e passam a ser ferramentas que usamos na descrição do mundo.

Tomemos então nossas teorias que descrevem as partículas de matéria. Elas também são aproximações, descrições matemáticas dos dados que coletamos no laboratório. Nessas teorias, vemos que existem certos padrões de ordem, regularidades nas propriedades das partículas de matéria.

Em geral, essas regularidades são descritas por simetrias. Conhecemos quatro forças que chamamos de "fundamentais". Esse adjetivo, a meu ver, é equivocado, pois não sabemos se existem outras forças na natureza. As quatro que conhecemos são as que podemos medir com nossos instrumentos. Possivelmente, não são as únicas. De qualquer forma, cada força tem uma ou mais simetrias associadas a ela.

Das quatro forças, duas são familiares, a gravidade e o eletromagnetismo. As outras duas agem dentro do núcleo atômico, as forças nucleares forte e fraca.

Em julho de 2012, cientistas do laboratório europeu Cern anunciaram a descoberta de uma nova partícula, o famoso bóson de Higgs. Sua importância é imensa. Ela é a partícula que dá massa a todas as outras, com exceção do fóton, a partícula de luz, que não tem massa. A partícula Higgs havia sido prevista nos anos 60, caso as forças fraca e eletromagnética pudessem ser descritas conjuntamente. O fato de a partícula Higgs ter sido descoberta confirma essa unificação de forma espetacular. Porém, precisamos ter cuidado com a interpretação dessa unificação. O que ela quer dizer?

Na prática, significa que as duas forças comportam-se de forma semelhante acima de certas energias. Podemos investigar o comportamento da matéria a energias diferentes. Você pode fazer isso atirando uma laranja contra a parede com velocidades diferentes. Quanto maior a velocidade, maior a energia do impacto e mais você "descobre" sobre a composição da fruta.

Quando cientistas investigam como as forças fraca e eletromagnética comportam-se a energias muito altas, veem uma semelhança. Na descrição da teoria, as duas forças aparecem juntas. Mas não como uma única força. A simetria que foi descoberta é uma aproximação. (Físicos expressam isso dizendo que "a teoria tem duas constantes de acoplamento", ou seja, as duas forças não perdem a sua individualidade.)

Toda simetria na natureza é uma aproximação. A "unificação" das forças fraca e eletromagnética não reúne as duas forças em uma única simetria. Mesmo que seja triunfo da inventividade humana --tanto a teoria quanto a sua verificação experimental--, ela não é uma unificação real.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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A ideia que redefiniu o mundo

 

O mês passado marcou o centenário da publicação do modelo do átomo pelo físico dinamarquês Niels Bohr, com seus famosos saltos quânticos. Desde então, e de forma inesperada, a física quântica tomou conta do mundo, dominando as transformações tecnológicas que definem grande parte da história do século 20: radioatividade e energia nuclear, bombas atômicas e termonucleares, transistores e semicondutores, lasers, tecnologias digitais, como as usadas em seu celular ou laptop, CDs, DVDs, enfim, os produtos que usamos no nosso dia-a-dia e que são todos derivados das propriedades da matéria ao nível atômico e subatômico.

O interessante é que o modelo atômico de Bohr é meio absurdo, uma colagem de ideias clássicas e quânticas, fruto da intuição genial do único cientista capaz de confrontar Einstein. Bohr imaginou o átomo como um minissistema solar, com o próton no centro e o elétron circulando à sua volta. Seu modelo servia apenas para o átomo mais simples que existe, o de hidrogênio. Nisso, Bohr seguiu o protocolo dos físicos, de sempre buscar um problema mais fácil para começar.

Bohr sabia que o átomo não era um simples sistema solar: planetas giram em torno do Sol por bilhões de anos praticamente sem perder energia; já o elétron cairia rapidamente no próton, ao menos segundo a física clássica, que descrevia como cargas elétricas opostas se atraem.

Bohr teve que inventar para o átomo novas regras que necessariamente iriam contra a física clássica. Corajosamente, apresentou sua ideia sugerindo algo inusitado: o elétron só poderia estar em algumas órbitas, separadas no espaço como os degraus de uma escada. Da mesma forma que você não pode ficar entre dois degraus, o elétron não pode ficar entre duas órbitas. Pode apenas pular de uma para outra, como nós pulamos entre degraus de uma escada. Esses são os famosos saltos quânticos.

E o que determina essas órbitas? Mais uma vez, encontramos a incrível intuição de Bohr: como os elétrons giram em torno do próton em órbitas circulares, eles têm o que chamamos de "momento angular", uma quantia que mede a intensidade de movimentos circulares. (Por exemplo, quando uma patinadora no gelo gira com os braços estendidos e depois encolhe os braços sua velocidade de giro aumenta --essa é uma consequência da conservação de momento angular.)

Bohr sugeriu que o momento angular do elétron devesse ser "quantizado", isto é, só podia ter certos valores discretos, dados pelos números inteiros (n=1, 2, 3...). Se L é o momento angular, a fórmula de Bohr é L = n (h cortado), onde h cortado é a famosa constante de Plank, que o físico alemão havia introduzido em 1900 e que aparece em todos os processos quânticos.

A sacada genial de Bohr foi misturar conceitos da física clássica com a nova física quântica, criando uma teoria híbrida do átomo. Com ela, Bohr resolveu um antigo mistério da física, relacionado com a radiação que um elemento químico emite quando aquecido, que aparece apenas em algumas cores (ou melhor, frequências).

Os pulos dos elétrons entre as órbitas são acompanhados da emissão e absorção de "fótons", as partículas de luz que Einstein havia proposto em 1905. A teoria de Bohr capturou a essência dos átomos, suas órbitas discretas, explicando suas emissões ou espectro quantizado. Uma nova física para um novo século, que continua nos surpreendendo até hoje.

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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Marcelo Gleiser

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O difícil problema da consciência

Como um apanhado de 80 a 100 bilhões de neurônios gera a experiência que temos de sermos nós?

Gostaria de retornar a um assunto que deixa muita gente perplexa, inclusive eu: a natureza da consciência e como ela "surge" no nosso cérebro. Se você acha que sabe a resposta, provavelmente não entende a questão. Nenhum cientista ou filósofo sabe como respondê-la.
Existem vários modos de formular a questão, mas eis um: como o cérebro, um apanhado de 80 a 100 bilhões de neurônios, gera a experiência que temos de sermos nós?
O filósofo australiano David Chalmers chama a questão de "o difícil problema da consciência". Faz isso para diferenciá-lo dos demais problemas que poderão ser resolvidos pela pesquisa nas ciências neurocognitivas e neurocomputacionais. Mesmo que isso possa demorar um século, o nível de dificuldade não se compara ao do problema que, alguns especulam, é insolúvel.
Eis alguns dos problemas que Chalmers considera fáceis: a habilidade de discriminar, categorizar e reagir a estímulos externos; a integração de informação sensorial; o controle intencional de comportamento; a diferença entre dormir e estar acordado.
Essas questões são localizadas, passíveis de uma descrição reducionista de como funcionam partes do cérebro, usando a conexão entre neurônios e grupos de neurônios.
Henry Markram, na Suíça, recebeu uma bolsa de 1 bilhão de euros para liderar o Projeto do Cérebro Humano, uma colaboração de centenas de cientistas que visa criar uma simulação do cérebro humano. Para tal, eles precisarão de computadores capazes de bilhões de bilhões de operações por segundo, um fator cerca de 50 vezes maior do que os supercomputadores mais rápidos do mundo são capazes hoje.
Markram e os "computacionalistas" acreditam que, se o nível de informação da simulação for suficientemente detalhado, incluindo desde o trânsito de neurotransmissores entre sinapses até as milhares de conexões interneuronais em partes diferentes do cérebro, a simulação funcionará como um cérebro humano dotado de uma consciência tão complexa quanto a nossa. Markram acredita que o problema "difícil" não existe: tudo pode ser obtido de neurônio a neurônio.
Apesar de concordar com a relevância científica do projeto de Markram, não vejo como uma simulação poderá criar uma entidade com consciência semelhante à humana. Talvez crie algum outro tipo de consciência, mas não a nossa.
Outro filósofo, Thomas Nagel, mostrou que somos incapazes de perceber a experiência consciente de outro cérebro. Como exemplo, usou os morcegos, que constroem sua realidade a partir da ecolocalização. Usando ideias do linguista Noam Chomsky, que defende a limitação cognitiva de cada cérebro (por exemplo, um rato jamais poderá falar), Nagel mostra que não podemos entender o que é "ser" um morcego.
Essa é outra versão do problema de Chalmers, que o filósofo Colin McGinn chama de "clausura cognitiva". Não existe um modo de capturar a essência do consciente, pois este não se presta a uma análise metódica das propriedades do cérebro: está em toda a parte e em nenhuma parte. Talvez, McGinn especula, uma inteligência mais avançada saiba responder à pergunta. Mas nós, simulações ou não, temos que viver com o mistério.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Tempo celeste - Marcelo Gleiser

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Descoberta de 'relógio' primitivo pode mudar a história e mostrar relação mais antiga entre homem e os céus

grosso modo, existem duas eras que caracterizam a existência de humanos na Terra: primeiro, a dos caçadores-coletores, grupos nômades que peregrinavam por grandes áreas em busca de comida e abrigo. Depois, a que chamamos de "civilização", produto da fixação de populações em torno de áreas cultiváveis, presumivelmente a partir dos natufianos, cerca de 10 mil anos antes de Cristo, na área onde hoje estão Israel e Jordânia.

Essas determinações dependem crucialmente de artefatos achados em escavações arqueológicas. É possível que outras áreas existissem onde a agricultura fosse cultivada antes disso e que ainda não foram descobertas. Essa é uma característica básica das ciências ditas históricas, onde o que num momento é o "primeiro" pode ser suplantado por novos achados.

Dado o que sabemos, ou sabíamos, havia uma outra distinção essencial entre os caçadores-coletores e as primeiras civilizações. Na transição de uma era para outra surgiu uma preocupação com a passagem do tempo que levou à elaboração de meios que tornassem possível sua determinação: "relógios" primitivos que marcassem a regularidade dos ciclos naturais.

Certamente, os caçadores-coletores sabiam da passagem dos dias, das fases da Lua, das estações do ano, todos esses fenômenos que ligavam a Terra aos céus. Sabiam também, e temiam, fenômenos não regulares como eclipses, cometas e chuvas de meteoros. Era claro que existiam padrões de ordem e de desordem nos céus, cuja compreensão ia muito além dos poderes humanos (até bem mais tarde, quando a ciência entra em cena).

A divinização dos céus --que se tornam a morada dos deuses-- foi de certa forma uma tentativa de estabelecer algum tipo de controle sobre o que era incontrolável, com o intuito de preservar o grupo contra forças naturais implacáveis e misteriosas.

Porém, dado o caráter nômade dos caçadores-coletores, não se sabia que tinham já não só uma preocupação com a passagem do tempo, mas meios de marcá-la. Essa foi a revelação surpreendente de pesquisadores da Universidade de Birmingham, na Inglaterra, que descobriram o mais antigo "relógio" celeste, criado aproximadamente 10 mil anos atrás.

Doze pedras imitando as várias fases da Lua, num arco de cerca de 50 metros. No centro, uma pedra de dois metros de diâmetro marca a Lua cheia. Curiosamente, o arranjo é alinhado com o Sol nascente no meio do solstício de inverno da época, o que dava aos arquitetos a chance de recalibrar seu calendário lunar com o ano solar. Arqueólogos encontraram evidências de que as pedras foram mudadas de lugar durante milhares de anos.

O achado muda nosso modo de pensar sobre os caçadores-coletores, que obviamente eram bem mais sofisticados do que imaginávamos. Nessa região da Escócia, migrações de animais ocorriam com regularidade, e prevê-las era garantia de comida. Usar os céus para fazê-lo mostrava um conhecimento astronômico bem anterior ao das civilizações do Oriente Médio. E é a prova de um início formal da história ainda antes da agricultura, forjado por uma profunda ligação entre o homem e os céus.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Sobre visitas de extraterrestres

Será razoável supor que tenham feito o esforço para chegar até aqui e se esconder como luzes nos céus?

Estou passando a semana na Amazônia como parte das celebrações de dez anos da Fapeam (Fundação de Amparo à Pesquisa da Amazônia) e a convite da Secretaria do Estado da Ciência, Tecnologia e Inovação.
Fora o deslumbre da grande diversidade da fauna e flora local, a visita ao encontro das águas do rio Negro e do rio Solimões e um certo choque em ver a enorme industrialização junto aos rios, um assunto que parece ser de grande interesse local é a possibilidade de que misteriosas luzes nos céus sejam espaçonaves de origem extraterrestre.
Vamos investigar a possibilidade de que seres extraterrestres tenham algum interesse pelos céus da Amazônia ou mesmo pela Terra em geral. Antes, um pouco de astronomia.
O grande desafio de viagens interestelares são as distâncias gigantescas. O Sol está a aproximadamente oito minutos-luz da Terra. Ou seja, a luz, viajando a 300.000 km/segundo, demora oito minutos para cobrir os 150 milhões de quilômetros até aqui.
Digamos que queremos visitar o sistema estelar mais próximo da gente, na constelação do Centauro. São quatro anos-luz. Viajando na espaçonave mais veloz que temos, a 50.000 km/h, demoraríamos cerca de 100 mil anos para chegar lá!
Obviamente, se alguma inteligência extraterrestre existe, se desenvolveu tecnologia que não temos a menor ideia do que seja, capaz de viagens próximas da velocidade da luz, e se tem interesse em nos visitar, a viagem demoraria muito tempo. Talvez mandem arcas que viajam por muitas gerações pelo espaço, com vidas inteiras passadas dentro delas. Onde estão?
Será razoável supor que tenham feito esse esforço todo para chegar aqui e se esconder, meras luzes misteriosas nos céus? Em 1950, o físico Enrico Fermi fez um cálculo simples, mostrando que, se inteligências capazes de viagens interestelares existem na nossa galáxia, teriam já tido tempo de sobra para colonizá-la. "Onde estão eles?", perguntou-se.
Esse é o Paradoxo de Fermi: nossa galáxia tem 10 bilhões de anos e 100.000 anos-luz de extensão. Vamos supor que uma inteligência surgiu em algum canto um milhão de anos antes da gente, o que é bem razoável, considerando que a galáxia tem 200 bilhões de estrelas e possivelmente trilhões de planetas e luas.
Esses seres do planeta Yczykx têm espaçonaves que viajam a velocidades de 10% da velocidade da luz. Ou seja, em um milhão de anos, poderiam ter viajado de ponta a ponta da galáxia, incluindo várias passagens pela Terra. Se tivessem surgido não um, mas 10 milhões de anos atrás, poderiam ter colonizado a galáxia inteira. E certamente não nos contataram de forma direta e clara.
Portanto, ou vieram, não gostaram e foram embora, ou estão aqui, mas têm uma tecnologia de invisibilidade que elude nossos sistemas de detecção, ou nos criaram como um experimento genético que seguem de longe, como num zoológico, ou, o que é mais provável, nunca vieram aqui ou vieram e não deixaram nenhum sinal.
Das várias explicações para luzes estranhas nos céus, as mais plausíveis --fenômenos atmosféricos, balões de pesquisa etc.--, mesmo que menos dramáticas, são muito mais realistas.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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A harmonia das esferas (atômicas)

Curiosamente, o sonho de Pitágoras e Kepler para a astronomia só se realizou na física de partículas

A busca pela ordem, seja ela emocional ou material, é mola mestre da criatividade humana. Nos mais antigos relatos de criação encontramos narrativas onde o caos precede a ordem, as trevas, a luz e, enfim, onde o processo de emergência da realidade material vem acompanhado de uma ordem que rege seu comportamento.
Nas ciências, a busca pela ordem se manifesta nas leis da natureza --princípios organizativos que visam descrever padrões de regularidade nos fenômenos que observamos.
Poucos exemplos na história da filosofia e da ciência ilustram essa busca e as transformações do conhecimento humano tão claramente quanto o conceito da Harmonia das Esferas, cujas origens datam do período pré-Socrático da filosofia, em torno de 650 a.C. Foi Pitágoras quem propôs que as órbitas planetárias obedecessem a um espaçamento predeterminado por leis matemáticas independentes da história de formação do Sistema Solar e dos planetas. Segundo ele e seus discípulos, as distâncias entre os planetas deveriam seguir padrões que espelhassem nos céus as harmonias da música: "Existe geometria no som das cordas; existe música no espaçamento das esferas", segundo um texto atribuído a ele. (Provavelmente não de sua autoria.)
Evidentemente, os estudiosos pitagóricos não sabiam que planetas e suas órbitas (elipses com maior ou menor excentricidade) são produto de uma história de formação que depende de uma dinâmica um tanto complexa, ainda hoje objeto de estudo da astronomia. Para eles, a geometria determinava a forma dos céus: as mesmas leis matemáticas atuavam em todas as escalas, do terrestre ao cósmico.
Essa visão foi revisitada pelo astrônomo alemão Johannes Kepler que tentou, no início do século 17, dar nova vida aos conceitos pitagóricos. Ainda jovem, Kepler fez uma pergunta que determinou o rumo de sua produção científica: O que determina o número de planetas (seis na época, os visíveis a olho nu) e suas distâncias ao Sol? Sendo um pitagoriano munido de dados, Kepler buscou a resposta na geometria, que acreditava ser a linguagem que Deus usou para criar o Cosmo.
O astrônomo propôs que os seis planetas e suas distâncias eram determinadas pelos cinco sólidos perfeitos. (Dois deles, a pirâmide e o cubo, são bem familiares.) Arranjando-os um dentro do outro como bonecas russas, Kepler situou as órbitas planetárias no espaço entre os sólidos. Usando geometria, calculou as distâncias que, com precisão de 5%, coincidiram com os dados.
A visão de Kepler nada tem a ver com a realidade; hoje, o número de planetas é oito e não seis, e suas distâncias são determinadas pela história de formação do Sistema Solar.
Curiosamente, o sonho de Pitágoras e Kepler se realizou na física atômica. As órbitas dos elétrons em torno do núcleo atômico obedecem a padrões geométricos semelhantes aos de cordas vibrando: cada órbita está relacionada a um padrão e tem uma energia associada. O elétron só pode estar nessas órbitas, espaçadas descontinuamente.
Ao contrário das órbitas planetárias, as órbitas eletrônicas e suas distâncias não são consequência da história do átomo, mas fixas matematicamente, justamente o que Pitágoras e Kepler queriam.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Futebol, efeito estufa e o jogo global

Hoje é dia da final da Copa das Confederações, imagino que a maioria absoluta dos brasileiros esteja grudada na TV. (Eu sou um deles, mesmo daqui dos EUA).

Interessante o contraste das culturas; por aqui, esse tipo de conexão nacional não existe em nenhum esporte. Não vejo os americanos unidos, torcendo pelo seu país em massa em um jogo, como ocorre no Brasil e tantos outros países.

Isso é coisa do futebol e da Copa, um fenômeno único mesmo. Olimpíada é diferente, uma outra espécie de manifestação patriótica. Não é tanto um esporte, mas muitos juntos, e cada um vê o que gosta mais.

Isso faz do futebol uma coisa à parte, uma manifestação em massa quase que religiosa, algo que antropólogos culturais estudaram já em detalhe. Uma expressão de patriotismo, sem dúvida, mas muito mais do que isso. Aqui nos EUA, isto ocorre mais com as guerras do que com os esportes.

O que me faz pensar no próximo nível de adesão cultural em massa, quando não somos mais um país, mas uma espécie. Uma das assinaturas do novo milênio é a transcendência cultural por meio da globalização digital; todos têm, em princípio, uma voz, a informação que antes era difícil é acessível com alguns cliques; cursos dados por grandes professores, palestras sensacionais sobre ideias de vanguarda, vídeos políticos (como aqueles mostrando as manifestações no Brasil), filosóficos, esportivos...tudo ao alcance, basta só saber procurar conteúdo. E é este o grande desafio da educação moderna: orientar as pessoas a buscar conteúdo de qualidade, coisas que nos ajudem a aprender, a crescer como indivíduos e mesmo como espécie.

Pois se uma coisa fica clara com essa globalização e com outra característica dos nossos tempos, o aquecimento global, é que qualquer ação local pode ter repercussão global. O moto "pense globalmente e haja localmente" diz tudo. Semana passada, o presidente Obama declarou a necessidade de os EUA mudarem sua politica com relação à emissão de carbono: "os cientistas estão convencidos na sua maioria absoluta de que o aquecimento global está sendo acelerado pelas atividades humanas; falo isso pelos meus filhos e as gerações futuras", declarou. Finalmente!

Não há mesmo dúvida de que estamos pondo uma espécie de cobertor em torno do planeta, que vai ficando cada vez mais sufocado. A conscientização conjunta de uma globalização pela internet e pelo clima deveria também despertar uma noção da necessidade de lutarmos como espécie para a preservação da nossa casa cósmica. Algo que a ciência moderna nos ensina é que a vida é rara e a vida complexa mais ainda; ademais, dadas as variações de planeta a planeta, e dado como a vida depende dessas variações, podemos afirmar que nós, humanos, somos únicos, futebol e tudo.

Se as variações culturais ainda são enormes, como no caso da devoção nacional ao futebol no Brasil e sua ausência nos EUA, estamos todos juntos neste mesmo planeta. Independentemente do resultado do jogo, a Terra continuará sendo nossa casa, e continuará a aquecer. Torço para que o Brasil ganhe, claro, e para que nosso planeta vença também. Pois neste jogo ganhamos ou perdemos todos juntos.

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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É hora da educação - Marcelo Gleiser

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É hora da educação

Se o Brasil quiser competir com Alemanha, Japão e Coreia do Sul, tem que reformular o ensino público

"O Brasil acordou!" é o que temos ouvido, mesmo daqui dos EUA, sobre as manifestações no país. A mídia, como sempre, enfatiza a violência acima do que as pessoas nas ruas estão pedindo.
Na quinta, a primeira página do "New York Times" mostrou um guarda atingindo o rosto de uma senhora com um spray lacrimogêneo; pouco fala da insistência da maioria dos manifestantes em manter a ordem, dos esforços em abrir uma relação com a polícia que, como tantos já disseram, é povo e precisa de melhorias tanto quanto o resto.
Existe um contrato social e financeiro entre a população e o governo. A população, por meio dos impostos, paga o governo para exercer certas funções que deveriam garantir sua qualidade de vida: saúde, educação, segurança, transportes. Se a população não paga, o governo castiga com multas e prisão.
O que ocorre quando o governo não faz a sua parte e deixa de garantir a qualidade do tratamento médico, da educação pública, da segurança nas ruas e das fronteiras, dos transportes?
É óbvio que existe uma assimetria no poder: como o governo detém controle da polícia e das forças armadas, fica fácil coibir qualquer desavença. O que as pessoas talvez estejam começando a perceber é que também têm poder. O contrato deve ser mantido dos dois lados; sem dinheiro, o governo quebra.
Mas vamos ser positivos e imaginar que as manifestações tenham o efeito de redefinir as metas do governo para cumprir o seu lado do contrato. O que deve ser feito?
O desafio do Brasil é ser um país de dimensões continentais, com mais de 200 milhões de habitantes. Bem diferente da Suécia ou Holanda. Temos uma economia baseada na agropecuária e mineração. Nada de errado nisso, mas é insuficiente no mundo de hoje, onde tecnologias digitais estão redefinindo como vivemos. Precisamos de energia sustentável, de infraestrutura de comunicação, de técnicos, engenheiros e cientistas que possam competir em pé de igualdade com os dos países que vemos como modelos.
Um exemplo simples: quais carros guiamos no Brasil? Alemães, americanos, japoneses e coreanos. O que isso nos diz? Que esses países têm um sistema de educação capaz de suprir a enorme demanda que uma tecnologia competitiva requer. Se o Brasil tem a intenção de competir nesse nível, tem que reformular o ensino público.
Imagine que a Coreia do Sul era um dos países mais pobres do mundo em 1950, não muito diferente do Haiti. O que aconteceu? Fizeram da educação a área prioritária. Treinaram engenheiros, cientistas e médicos para levantar o país da miséria.
Não é falta de dinheiro. Em 2010, 4,3% do PIB foi investido em educação básica. O que falta? Treinamento de professores que então recebam salários dignos. Que jovem vai querer ser professor para ganhar R$ 1.200 por mês? Não basta apenas pôr as crianças nas escolas; o que fazem lá é essencial. Para isso, precisamos de professores bem treinados e de escolas com laboratórios, bibliotecas e computadores.
Sem uma profunda transformação na educação, o Brasil será passado para trás pelos países que já perceberam que sem um investimento sério na educação estão optando pela mediocridade.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Sobre o propósito da vida

Não me refiro aqui à vida de cada um, que envolve nossas escolhas e esperanças, os planos que traçamos no decorrer dos anos. Nossas vidas, claro, têm, ou deveriam ter, um ou mais propósitos.

Falo da vida como fenômeno natural, essa estranha organização da matéria dotada de autonomia, capaz de absorver energia do ambiente à sua volta e de se preservar por meio da reprodução.

O tema gera confusão. Precisamos ter cuidado. Todas as formas de vida têm um propósito essencial: sobreviver. Esse é ainda mais importante do que o outro propósito, reprodução. Afinal, bebês e vovôs estão vivos, mas não se reproduzem. Pode-se até dizer que a vida é uma forma de organização material que tem o ímpeto de se preservar.

Essa é uma diferença essencial que distingue seres vivos de outras formas de organização material, como estrelas ou rochas, que não têm o ímpeto de se preservar: apenas existem, passivamente, entregues aos processos físicos que definem suas interações. No caso das rochas, a existência é delimitada pela sua interação com a erosão --água mole em pedra dura tanto bate até que fura. No caso das estrelas, existem enquanto têm combustível suficiente no seu centro (hidrogênio) para resistir à atração gravitacional, que levará à sua implosão.

Todas as formas vivas têm o propósito de preservar sua existência. Essa é a diferença essencial entre o vivo e o não vivo.

A confusão com relação à questão do propósito vem quando nos deparamos com a diversidade das formas de vida. Dada tanta riqueza, tanta criatividade, fica difícil de aceitar que tudo surgiu sem um propósito maior, sem a intenção de criar criaturas cada vez mais complexas.

A coisa complica ainda mais quando aprendemos que a história da vida na Terra mostra uma complexidade crescente. A vida aqui surgiu há pelo menos 3,5 bilhões de anos. Desses, os primeiros 2,5 bilhões foram dominados por seres unicelulares, bactérias apenas. Apenas cerca de 600 milhões de anos atrás é que a diversificação começou para valer. Na famosa explosão do Cambriano, em torno de 550 milhões de anos atrás, a complexidade da vida decolou. De lá para cá, mais criaturas foram surgindo no mar, na terra e no ar, com complexidade e diversificação crescente.

Fica difícil de aceitar que não existe um propósito maior na vida, que é o de aumentar sua complexidade. O clímax dessa complexidade seríamos nós, humanos. Esse propósito oculto é chamado teleologia.

Mas essa conclusão é falsa. Não existe um "plano" de tornar a vida complexa a ponto de gerar formas inteligentes. Vejam os dinossauros, que existiram por 150 milhões de anos e permaneceram burros. O que a vida quer é se preservar. Contanto que esteja adaptada ao ambiente, continuará bem, com mutações ocorrendo sem grandes revoluções.

Fundamental nessa dinâmica é o acoplamento da vida ao ambiente. Variações ocorrem quando o ambiente muda. Se mudássemos algo na história da Terra, como a queda do asteroide que eliminou os dinossauros 65 milhões de anos atrás, a história da vida mudaria também. Provavelmente não estaríamos aqui. Na natureza, criação e destruição andam juntas. Mas nessa coreografia não existe coreógrafo.

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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Marcelo Gleiser

folha de são paulo

Sobre a realidade

Um dos aspectos mais extraordinários da ciência é como ela nos permite ampliar nossa visão do real

Costumamos achar que sabemos o que é o mundo real, esse que vemos à nossa volta. Basta abrir os olhos, apurar os ouvidos, e temos esse retrato do que é a realidade, baseado na nossa percepção sensorial. Mas será que é só isso? Será que o que vemos e ouvimos pode ser chamado de realidade? Um dos aspectos mais extraordinários da ciência é como ela nos permite ampliar nossa visão do real. E um dos aspectos mais paradoxais é que quanto mais aprendemos sobre o mundo, menos clara nos é a natureza da realidade.
Platão, na Grécia Antiga, já antecipara o problema. Em sua alegoria da caverna, ele imagina um grupo de "escravos" acorrentados em uma caverna desde o nascimento. A percepção da realidade deles se restringe à parede da caverna, que é tudo que podem ver. Para eles, o que aparece na parede é o mundo real. Sem que os presos soubessem, atrás deles um grupo de filósofos fizera uma fogueira que lançava luz na parede. Em frente ao fogo, os filósofos seguravam objetos e os escravos viam as sombras projetadas na parede, achando que os objetos eram reais. Obviamente, a projeção não correspondia ao objeto: por exemplo, uma bola aparecia como um círculo. O ponto de Platão é que nossa percepção sensorial cria uma noção falsa do real. Como disse a raposa ao Pequeno Príncipe, "o essencial é invisível aos olhos".
Na história da física, o que chamamos de realidade também muda. Antes de Copérnico, o Cosmo tinha a Terra no centro e o Sol e planetas girando à sua volta. O Universo era fechado na forma de uma esfera e Deus e sua corte habitavam a esfera mais externa. Quando Newton propôs sua teoria da gravitação, percebeu que o Cosmo não poderia ser finito. Apenas um Cosmo infinito, onde as estrelas estavam separadas e equilibradas (precariamente), seria estável. De repente, a realidade muda e o homem se vê num Universo infinito, envolto em trevas. Qual o lugar do homem nesse novo Universo? Para complicar, as ideias de Newton levaram a um determinismo radical em que o futuro poderia ser calculado, ao menos em princípio, a partir do presente. Se isso fosse verdade, não haveria mais o livre arbítrio; todas as ações estariam predeterminadas pela precisa maquinaria cósmica. A liberdade que achamos ter seria uma ilusão.
Felizmente, esse determinismo não durou muito. No início do século 20, a física quântica pôs fim à noção de que podemos usar a física como oráculo. O princípio de incerteza de Heisenberg mostrou que não podemos medir a posição e a velocidade de uma partícula conjuntamente, o que torna a determinação precisa de seu futuro impossível.
Ademais, o mundo quântico nos mostra que a própria natureza da realidade é elusiva: não vemos um elétron ou um fóton, sua existência é medida com detectores, aferida indiretamente. O mundo do muito pequeno, que tanto define nossas vidas através das tecnologias digitais que usamos, é um mundo inacessível aos sentidos. Não podemos nem mesmo atribuir existência a uma partícula antes de a detectarmos: a realidade é definida pelo modo como interagimos com ela.
Isso cria um novo modo de ver o mundo: sempre existirão aspectos da realidade que são desconhecidos. Mas o surpreendente é que existem outros que são inacessíveis.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Outros mundos - Marcelo Gleiser

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Outros mundos

A sonda Kepler, que busca planetas semelhantes à Terra, revolucionou nossa visão do Universo

Na semana passada, cientistas da Nasa puseram o telescópio espacial Kepler em uma espécie de coma tecnológico: a sonda, desenhada para buscar planetas semelhantes à Terra girando em torno de estrelas na nossa vizinhança cósmica, falhou de uma forma que parece irremediável.
Lançada em 2009, a Kepler encontrou 132 planetas e 2.700 outros astros que podem passar no teste e esperam estudos mais detalhados. A confirmação será feita por telescópios terrestres que agora sabem para onde olhar nos céus.
Custando US$ 550 milhões, a sonda Kepler revolucionou nossa visão do Universo e do nosso lugar nele.
A noção de que estrelas têm planetas girando à sua volta é muito antiga, remontando ao menos à Grécia Antiga, onde filósofos como Epicuro, já no século 4º a.C., sugeriram a existência de outros mundos: "Existem infinitos mundos parecidos e diferentes do nosso. Pois os átomos, infinitos em número, se espalham pelas profundezas do espaço." A noção foi elaborada por Giordano Bruno ao final do século 16 em seu tratado "Sobre o Universo Infinito e os Mundos". Para Bruno, esses outros mundos seriam semelhantes à Terra, também habitados.
Era claro que, caso existissem outras Terras, a centralidade da nossa estaria ameaçada. No debate sobre a existência de outros mundos, essa era a questão essencial: somos únicos e, portanto, especiais de alguma forma, ou apenas a norma do que existe pelos confins do espaço?
Foram necessários 413 anos após a morte de Bruno para que tivéssemos uma resposta ao menos parcial a essa pergunta. Em quatro séculos, passamos da mera especulação sobre a existência de outras Terras à observação concreta de planetas que, se não são como o nosso, ao menos podem ser semelhantes.
Hoje, temos uma disciplina em astronomia chamada de planetologia comparada, na qual as propriedades de planetas diversos são examinadas e estudadas em detalhes.
Mesmo que ainda em sua infância, aprendemos já várias coisas: que estrelas, na sua maioria, têm planetas girando à sua volta; que a vida só é possível naqueles que respeitam uma série de regularidades nas suas propriedades astronômicas e que têm composição química bem específica.
Note que quando cientistas falam de vida em outros planetas se referem à vida como nós a conhecemos, isto é, baseada em compostos de carbono e em soluções aquosas. Outros tipos, mesmo que interessantes, são provavelmente ficção. (A menos que a vida tenha evoluído de tal forma que tenha deixado para trás sua carcaça de carbono, existindo numa espécie de rede digital definida em campos eletromagnéticos, sem existência física.)
Se estamos ainda na infância de nossa exploração cósmica, podemos ao menos nos contentar com o que já aprendemos: há centenas de bilhões de planetas na nossa galáxia; se não são infinitos, esses mundos são incontáveis; talvez existam alguns com propriedades semelhantes às do nosso; detalhes da vida nesses mundos dependem da história de cada um e, por isso, somos únicos no Universo, produtos da Terra e de sua história única.
Outras sondas mais poderosas do que a Kepler continuarão a busca. Mas o que já aprendemos demonstra nossa importância cósmica.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Universo consciente?

Para o físico John Wheeler, a existência da partícula depende de sua interação com a consciência humana

Entre os vários mistérios da física contemporânea, poucos se comparam à existência de não localidade na física quântica. Não localidade significa que interações entre entidades separadas podem ocorrer instantaneamente. É como se o espaço e o tempo não existissem!
Quando uma bola vai ao gol ou uma gota de chuva cai, existe um efeito local por trás: o chute, a nuvem carregada. No mundo quântico, dos elétrons e fótons --as partículas de luz--, efeitos podem ocorrer sem causa local, algo de que tratei na coluna do dia 28 de abril.
Imagine gêmeos, um em São Paulo e outro em Manaus. Entram num bar, um em cada cidade. Se o de São Paulo pede pinga, o de Manaus pede chope. Se o de São Paulo pede chope, o de Manaus pede pinga. Isso ao mesmo tempo, como se soubessem o que o outro pediu. Como é possível, dado que estão longe e não podem se comunicar?
Essa sincronicidade, se não com gêmeos, foi verificada entre pares de partículas em experimentos à distância que comprovam que a correlação é mais rápida do que a velocidade da luz.
Imagino que muitos leitores estejam pensando na premonição, na sincronicidade junguiana etc.
Lembro que o cérebro humano e os pares de fótons são "sistemas" bem diferentes. Mas cientistas sérios, como o vencedor do Nobel Eugene Wigner e seu colega de Princeton John Wheeler, se questionaram sobre o papel da mente na física.
Quando medimos algo usamos um detector. Não temos contato direto com um elétron. Sua existência é registrada quando interage com o detector e ouvimos um clique ou vemos um ponteiro mexer.
Na interpretação "ortodoxa" da física quântica, é essa interação que determina a existência da partícula: antes da medida, não podemos nem dizer que a partícula existe.
Wigner e Wheeler acham que, sem um observador, essa medida não faz sentido; foi o observador que montou o detector. A existência da partícula depende de interação com a consciência humana: mais dramaticamente, a consciência determina a realidade em que vivemos.
Wheeler imaginou um experimento no qual uma partícula passa por um anteparo com dois orifícios e vai de encontro a uma tela móvel. Atrás dela, há dois detectores alinhados com os orifícios. Se a tela é retirada, os detectores acusam por qual orifício a partícula passou.
Porém, no mundo quântico, partículas podem agir como ondas. Ondas passando por dois orifícios criam padrões de interferência, estrias claras e escuras.
Portanto, duas opções: com tela vemos interferência, sem tela vemos detecção de uma partícula.
Wheeler sugeriu que a tela fosse retirada após a partícula ter passado pelo anteparo. Por meio da sua escolha, o observador cria a propriedade física da partícula agindo retroativamente no tempo! O incrível é que a previsão de Wheeler foi confirmada. Observador e observado formam uma entidade única que existe fora do tempo.
Wheeler extrapolou: "Não somos observadores no Universo, somos participadores. Sem consciência, o mundo não existe! O Universo gera a consciência e a consciência dá significado ao Universo". Essa visão traz o dilema: será que o Universo só faz sentido porque existimos?

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Pergunta inevitável?

A passagem do tempo e o fato de que temos consciência dela compõem, talvez, a condição que mais nos define

Nesta semana estive no Brasil dando uma palestra em um evento corporativo. Havia umas 200 pessoas, de várias regiões do Brasil, executivos e administradores.
Minha missão era iniciar uma reflexão macro, tirando as pessoas de sua área de conforto, colocando questões que, na correria da vida, tendemos a deixar de lado.
Como pediram para que eu falasse sobre o homem, o tempo e o espaço, embarquei numa discussão de como a ciência moderna vê a questão da existência humana: suas origens, seu significado, sua incumbência enquanto espécie, seu destino. Nada mais estimulante do que dividir minhas reflexões sobre esses temas tão fundamentais.
Comecei falando de como somos criaturas limitadas pelo tempo, com uma história que começa e acaba; mostrei que, tal como nós, assim são também as estrelas e o próprio Universo, cada qual com a sua história.
A passagem do tempo e o fato de que nós, como espécie, temos consciência dela são, talvez, a condição que mais nos define: a consciência que temos da nossa existência e da sua finitude.
Argumentei que muito do esforço criativo humano, nossos poemas e nossas sinfonias, a literatura, as ciências e a filosofia, enfim, a soma total da produção cultural da nossa história coletiva podem ser vistos como uma resposta a esses anseios, como uma tentativa de compreender a razão de nossas vidas.
Amor, reprodução, poder e relacionamentos, são manifestações de quem somos e de como escolhemos viver nossas vidas.
Passei para a questão das origens: do Cosmo, das estrelas, da vida, mostrando que todas as culturas de que temos registro oferecem uma narrativa da criação, um esforço de explicar de onde veio tudo.
Olhar para o céu e ver milhares de estrelas nos remete, inevitavelmente, à questão da existência de outros mundos, da possibilidade de que não estamos sós no Universo. Mais ainda quando aprendemos que apenas em nossa galáxia, a Via Láctea, existem em torno de 200 bilhões de estrelas, o Sol sendo apenas uma delas.
Mostrei imagens belíssimas tiradas por sondas espaciais, como o telescópio espacial Hubble, explicando como essas máquinas maravilhosas são um depoimento da criatividade humana: esses pequenos robôs atravessam milhões de quilômetros pelo espaço sideral, visitando outros mundos controlados aqui da Terra por pessoas como nós.
Sugeri que devemos celebrar esses feitos tecnológicos como celebramos outras grandes obras da humanidade, das pirâmides às catedrais medievais, da arquitetura de Brasília à Mona Lisa e às sinfonias de Beethoven.
Mostrei que, diferentemente do que a maioria pensa, e como explico no livro "Criação Imperfeita", quanto mais aprendemos sobre o Cosmo, mais relevantes ficamos: aglomerados moleculares de poeira estelar capazes de refletir sobre quem somos, de construir máquinas que nos permitem ver além da nossa percepção tão limitada do real.
Tentei, com palavras e imagens, celebrar a condição humana e a beleza austera do Cosmo.
E, ao fim de tudo isso, tão inexorável quanto a passagem do tempo, veio a pergunta inevitável: "O senhor acredita em Deus?"

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Cientistas devem visitar escolas

Muito se fala sobre reformar o ensino, mas uma medida simples como essa faria uma enorme diferença

Muitas vezes me perguntam como comecei a me interessar por ciência, se era coisa de criança ou se foi na adolescência.
Gostaria de responder que tive mentores desde cedo, que um físico ou um biólogo visitou minha escola quando eu estava na 3ª série e fiquei encantado com o mundo da ciência. Mas não foi isso o que ocorreu comigo e não é, ainda, o que ocorre com a maioria das crianças.
Cientistas e engenheiros raramente visitam escolas, públicas ou privadas, para falar às crianças sobre o que fazem e por que o fazem. Nem mesmo as escolas de seus próprios filhos. Isso não faz o menor sentido.
A verdade é que meu interesse por ciência foi um acidente, algo que veio de dentro, uma urgência para entender como o mundo funciona e como podemos nos relacionar de forma profunda com a natureza.
Tive a sorte de passar meus verões na casa de meus avós em Teresópolis, na serra dos Órgãos, a cerca de duas horas do Rio.
Lá, colecionei insetos e pedras, cacei morcegos, pesquei, subi e desci morro, corri de cobras, aprendi quais aranhas eram as mais peçonhentas, trepei em árvore e explorei matagais. Minha exposição à natureza foi direta, parte da infância.
Apenas mais tarde, quando comecei a ter aulas de física, química e biologia na escola, entendi que existia um método para estudar o mundo e as suas criaturas, um método que poderia se tornar uma carreira, uma escolha de vida.
Aos 13 anos, sabia que faria algo relacionado a ciências ou engenharia. Isso sem nunca ter visto um cientista ou conversado com um! Minha fonte de informação eram os livros, a TV e a minha família. (Que, aliás, até hoje não tem outro cientista.)
Toda escola deveria ter um programa que leva cientistas, matemáticos e engenheiros ao menos uma ou duas vezes ao ano para falar sobre suas pesquisas e suas vidas.
Não precisam ser pesquisadores famosos; alunos de doutorado também deveriam participar, da astronomia à zoologia. Pense na diferença enorme que um contato desses pode fazer na vida de um jovem.
Imagine a classe de 30 alunos sentados em suas mesas assistindo a uma apresentação cheia de imagens incríveis sobre o mundo das partículas, sobre a importância da química em nossas vidas, sobre os avanços da medicina, sobre como construir pontes e represas ou microchips e sondas espaciais, sobre buracos negros e outros planetas, sobre a revolução genética, sobre como a ciência define o mundo em que vivemos, mesmo que poucos parem para pensar sobre isso. Se cinco se interessarem, ótimo.
Faço isso com frequência no Brasil e nos EUA. E vejo os olhos da meninada brilhando -até os adolescentes param de mandar torpedos-, a curiosidade aguçada, a possibilidade de um futuro que, antes, nem sabiam ser viável.
Falamos muito em transformar o ensino em nosso país, em reformas curriculares, formação de professores etc. Tudo muito importante.
Mas um primeiro passo simples e eficaz é que cientistas, engenheiros e matemáticos tomem a iniciativa, contatem escolas em sua vizinhança, começando com as de seus filhos, e façam uma ou duas apresentações por ano. São duas horas de seu tempo que podem transformar o futuro de milhares de jovens.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Um sábio conselho - Marcelo Gleiser

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'Péssima ideia', me disse John Bell quando eu, ainda jovem, quis estudar as bizarras 'ações à distância'

Quando estava começando meu curso de doutorado na Inglaterra, tive a oportunidade de conhecer o famoso físico John Bell.
No meu segundo ano, após passado o temido exame de qualificação, tinha que escolher minha área de pesquisa. Meu orientador, John G. Taylor, estava interessado em teorias de unificação usando a supersimetria, a última moda no início dos anos 80, graças aos resultados dos físicos John Schwartz e Michael Green em teorias de supercordas.
A ideia era explorar modelos descrevendo as forças fundamentais da matéria em nove ou dez dimensões espaciais, eventualmente reduzindo tudo a uma teoria efetiva nas três dimensões que conhecemos.
O tópico era bem técnico --mais matemática do que física-- e não me interessei muito.
John Bell era um dos palestrantes em uma conferência em Oxford e resolvi pegar um trem e me apresentar a ele. Bell trabalhava no Cern, o mesmo laboratório onde, ano passado, descobriram o bóson de Higgs.
Mas ele era famoso por outro resultado, um teorema que revolucionou nossa compreensão do mundo quântico. Desde que era aluno de graduação na PUC-Rio, me interessava pela interpretação da mecânica quântica, no que dizia a teoria mais efetiva e mais misteriosa da física. (Leitores das minhas duas últimas colunas sabem do que falo.)
A apresentação de Bell era sobre seu teorema de 1964 e sobre recentes verificações experimentais. (Experimentos de John Clauser e Alain Aspect.) A física quântica, que trata dos átomos e das partículas subatômicas, produz efeitos muito bizarros. Entre eles, a possibilidade de que dois objetos separados por grande distância exerçam "influência" mútua mais rápida do que a velocidade da luz.
Isso vai contra toda a física anterior e a nossa intuição de que um efeito tem uma causa que, mesmo se rápida, é mais lenta do que a luz.
A mecânica quântica não explica isso, simplesmente aceitando que a coisa é assim. Extensões da teoria tentam justificar o que ocorre usando as chamadas "variáveis escondidas" de David Bohm. O teorema de Bell oferece um teste para ver se a teoria quântica é completa ou se extensões são viáveis.
Objetos quânticos devidamente "emaranhados", ou em interação, se comportam como uma unidade mesmo se separados. Por exemplo, imagine dois elétrons saindo de uma fonte em direções opostas. Imagine que estejam também girando em sentidos diferentes --elétrons não são piões, mas vamos lá.
Se o giro de um é invertido, o do outro também se inverte sem ninguém tocá-lo. O mais incrível é que isso ocorre mais rápido do que a velocidade da luz, talvez até instantaneamente, se bem que nunca poderemos confirmar se algo ocorre instantaneamente, pois nossos instrumentos não têm precisão absoluta.
Bell e os experimentos demonstraram que extensões da mecânica quântica com ação local não funcionam; a natureza é não local, isto é, sujeita às bizarras "ações à distância". Empolgado, perguntei a Bell se me orientaria. "Péssima ideia um jovem trabalhar nisso", disse. "Espere até você ter uma reputação sólida. Caso contrário, ninguém o levará a sério." Não sei se chegou a hora, mas o "fantasma quântico" vem me assombrando nesses dias.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Yo no creo en las brujas, pero... - Marcelo Gleiser

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Quando Newton publicou sua teoria da gravitação universal em 1686, sabia que ia ter problemas com alguns críticos. Afinal, sua teoria descrevia a atração gravitacional de uma massa sobre outra como uma força que, misteriosamente, agia sobre o espaço vazio, meio que fantasmagoricamente.

Como é que a influência do Sol sobre a Terra, da Terra sobre o Sol, deste jornal sobre sua cabeça ou da sua cabeça sobre o jornal atua sem que haja um contato direto?

Esse é o problema da "ação à distância", que ficou sem explicação na teoria do Newton. Aparentemente, tudo se passava instantaneamente: se o Sol deixasse de existir, sentiríamos isso imediatamente -e "cataclismicamente".

Muito esperto, Newton incluiu na conclusão de sua obra uma espécie de ação preventiva contra críticos, argumentando que sua teoria explicava tanta coisa que não precisava explicar a origem da gravidade ou como esta se propagava pelo espaço: "Não farei qualquer hipótese a respeito". Já bastava assim.

Apenas em 1915, Einstein mudou esse quadro com sua teoria da relatividade geral. A ação da gravidade poderia ser ligada à curvatura do espaço em torno de corpos com massa: planetas têm órbitas elípticas em torno do Sol porque o espaço à sua volta é deformado como uma espécie de cone, e a elipse é a curva mais curta nessa geometria.

A teoria de Einstein substituiu a misteriosa ação à distância de Newton por um efeito local, produto da ação da massa sobre o espaço à sua volta. Se o Sol desaparecesse de repente, não sentiríamos isso instantaneamente: levaria pouco mais de oito minutos, o tempo que demora para a gravidade se propagar do Sol até aqui, na velocidade da luz.

Quando Einstein achou que havia exorcizado o fantasma da ação à distância, eis que ele retorna triunfalmente à física quântica.

Tudo começou em 1926, quando Schrödinger obteve sua equação de onda descrevendo as órbitas do elétron em torno do núcleo atômico.

Era claro que o elétron não podia ser visto como uma mera partícula; já se sabia da "dualidade partícula-onda", na qual objetos podem ser tanto localizados como partículas quanto espalhados como ondas.

Schrödinger supôs que a onda fosse o próprio elétron ou sua carga elétrica espalhada em torno do núcleo, feito um borrão. Logo ficou claro que essa onda não era de matéria mas de probabilidade: a equação dava a probabilidade de o elétron ser encontrado aqui ou ali. Pior, quando sua posição era medida, a onda entrava em colapso instantaneamente em um ponto -onde estava o elétron. A ação à distância retorna!

O efeito piora quando temos um par de elétrons girando em sentidos opostos. Separando-os e invertendo a direção de um, o outro inverte a sua também de modo que ambos mantenham seu giro oposto.

O incrível é que isso ocorre instantaneamente, a qualquer distância! Einstein ficou horrorizado com isso, chamando o efeito de fantasmagórico. Pudera, havia-o exorcizado uma vez na gravidade e queria fazê-lo na física quântica.

Mas ele e outros não conseguiram isso: efeitos "não locais" são parte do mundo quântico, confirmados experimentalmente. O significado disso está em aberto. "Yo no creo en las brujas, pero que las hay, las hay."

Marcelo Gleiser é professor de física e astronomia do Dartmouth College, em Hanover (EUA). É vencedor de dois prêmios Jabuti e autor, mais recentemente, de "Criação Imperfeita". Escreve aos domingos na versão impressa de "Ciência".

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Deus, Einstein e os dados

Ao escrever que Deus não joga com dados, Einstein demonstrou incômodo com a mecânica quântica

Talvez o leitor tenha já ouvido falar da famosa frase de Einstein em carta ao físico Max Born, de 4 de dezembro de 1926, popularizada como "Deus não joga dados". Que dados e que Deus eram esses?
Einstein referia-se à física quântica, que explica o comportamento dos átomos e das partículas subatômicas, como elétrons, prótons e fótons, as "partículas de luz".
Os "dados" aqui aludem a probabilidades, ao fato de no mundo quântico ser impossível determinar onde um objeto vai estar. No máximo, podemos calcular a probabilidade de ele ser encontrado aqui ou ali, com esta ou aquela energia.
Isso era bem diferente da física anterior, na qual ao saber a posição e velocidade de um objeto era possível, em princípio, determinar sua posição futura com precisão limitada só pelo instrumento de medida.
Para Einstein, uma física não determinista não podia ser a última palavra na descrição da natureza.
Outra versão, mais abrangente, deveria explicar as probabilidades e os paradoxos do mundo quântico. Aparentemente, Einstein estava equivocado. Deus joga dados sim.
A versão completa da frase de Einstein é um pouco diferente: "A mecânica quântica é certamente impressionante. Mas uma voz interior me diz que não é ainda a coisa real. A teoria diz muito, mas não nos traz mais perto dos segredos do Velho. Eu, pelo menos, estou convencido de que Ele não joga com dados".
O "Velho" aqui é uma figura metafórica representando não o Deus judaico-cristão, mas o espírito da natureza, a essência da realidade.
Para Einstein, a função da ciência é desvendar essa estrutura, revelar como funciona o mundo.
Por outro lado, ele tinha consciência de que nossas formulações científicas eram meras aproximações do que realmente ocorre: "Vejo a natureza como uma estrutura magnífica que podemos compreender apenas imperfeitamente e que deveria inspirar em qualquer pessoa com capacidade de reflexão um sentimento de humildade".
O que incomodava Einstein era a interpretação da mecânica quântica, que diferia da sua visão de mundo. Em parte, foi ele mesmo o culpado, ao propor que a luz podia ser interpretada como onda (como todos já sabiam em 1905) ou como partícula. Como é que a mesma coisa poderia se manifestar de formas tão diferentes?
A coisa piorou quando a equação descrevendo elétrons em torno de núcleos atômicos, a "mecânica ondulatória" que Erwin Schrödinger propôs em 1926, descrevia algo imaterial. Em vez de uma onda normal, como uma de água, a equação descreve uma "função de onda" cuja interpretação, proposta por Born, era muito estranha: o quadrado (para os experts, valor absoluto) da função dava a probabilidade de medirmos a partícula em determinada posição ou com determinada energia.
Ou seja, a equação fundamental da matéria não descrevia matéria!
Nesse caso, a essência da natureza não era algo de concreto, mas uma abstração matemática. A teoria funcionava, mas sua interpretação era um mistério. Esse era o problema que Einstein tinha com o Deus que joga dados. E até hoje, quando físicos começam a pensar no assunto, não conseguem evitar uma certa ansiedade, mesmo com todo o sucesso da física quântica.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI

Marcelo Gleiser

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Quão rara é a vida no Universo?

Satélites querem identificar planetas parecidos com a Terra, mas a ciência mostra que somos raros e valiosos

NESTA SEMANA, a agência espacial americana Nasa autorizou a construção de um satélite caçador de planetas parecidos com a Terra, mas que giram em torno de estrelas distantes. Com o nome de Tess (do inglês "Transit Exoplanet Survey Satellite"), ele identificará a ligeira queda da luz estelar provocada pela passagem de um planeta à frente de uma estrela, o método do "trânsito", e deverá ser lançado em 2017.
Kepler, a missão atual, usa o mesmo método e vem identificando milhares de potenciais planetas e confirmando centenas deles. Tess buscará planetas em uma região bem mais ampla do céu, focando em estrelas mais brilhantes.
Com isso, cientistas esperam identificar planetas mais parecidos com a Terra. A questão é saber quão raro é o nosso planeta, já que a maioria das estrelas tem planetas orbitando à sua volta.
Nossa galáxia, a Via Láctea, tem em torno de 200 bilhões de estrelas. Se pelo menos metade delas tem planetas e se, em média, estrelas têm em torno de quatro planetas, chegamos a 400 bilhões de planetas só na nossa galáxia.
Como não só planetas mas também suas luas podem ter condições favoráveis à vida, o número pode chegar a um trilhão de mundos. Sabemos que ao menos um planeta nesse trilhão tem vida. Quantos outros podem ter? Milhões? Centenas? Nenhum?
Parte da resposta depende justamente da frequência com que planetas rochosos como a Terra aparecem dentro da "zona habitável", a região em torno de uma estrela onde planetas e luas podem ter água líquida. A complicação é que certas luas fora dessa zona podem ter água líquida, como é o caso de Europa, a lua de Júpiter, que tem um oceano com quatro vezes mais água do que todos os oceanos da Terra, sob uma camada de gelo de dois quilômetros de espessura.
Portanto, um otimista diria que o Universo é cheio de vida, que é questão de tempo até acharmos algum sinal disso. Afinal, com tantos planetas e luas por aí... Só que a vida é algo muito complexo. O primeiro passo --reações químicas que de alguma forma geram vida da não vida-- não é algo trivial. Tanto que não temos a menor ideia de como repeti-lo no laboratório.
Missões como Kepler e Tess poderão até identificar traços de substâncias ligadas à vida na atmosfera de exoplanetas, como o ozônio e o oxigênio. Se isso ocorrer, teremos evidência de que a vida pode existir por lá. E é muito provável que algum tipo de vida simples exista em outros mundos.
Mas se você for um entusiasta de inteligências extraterrestres, a coisa fica bem mais difícil. Da vida simples aos seres multicelulares --e destes aos inteligentes--há muitos obstáculos que dependem dos detalhes da história do planeta.
Junte a isso a ausência de contato com "eles" e vemos que provavelmente estamos sós. Se não sós, ao menos isolados neste canto da galáxia. O que significa que somos raros e valiosos. Essa é uma das grandes revelações da ciência atual. Basta o mundo se convencer disso e começar a mudar.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook: goo.gl/93dHI