segunda-feira, 19 de janeiro de 2009

8. O Conhecimento no século XX.



Nos últimos anos daquele século, ao lado da Física de Isaac Newton, elaboraram-se duas outras ciências físicas: a Física do extremamente pequeno e a Física do extremamente grande. Aquela é a Física Quântica, esta é a Teoria da Relatividade. Estranho, três ciências físicas para uma só realidade! Essas teorias físicas novas foram formando um corpo de ciência ao longo do século XX, e ainda continuam evoluindo.
A Física newtoniana considerava o espaço como uma realidade contínua. Mas, o próprio Newton afirmava que a luz era constituída de partículas. A idéia de que a matéria é constituída de partículas, os átomos, os indivisíveis, era, todavia, multimilenar. Rutherford demonstrou: a matéria é constituída de átomos, e os átomos não são as partículas elementares da matéria; os átomos são constituídos de um núcleo, que contém a quantidade maior da massa do átomo, e de elétrons, que orbitam esse núcleo. O átomo, por sua vez, é formado por prótons e nêutrons. O átomo é o pingo de um ponto de lápis de massa numa vasta sala de um escritório! A matéria que vemos é mais buraco do que massa! Max Planck demonstrou inequivocamente que a luz é partícula: o quantum, o fóton. A luz é energia, é onda, e é também partícula, e é partícula sem massa.
O desenvolvimento da teoria atômica levou ao estágio atual de conhecimento, onde se sabe que as partículas constitutivas da matéria são todas, como a luz, partículas e ondas. Classificam-nas em férmions (constituintes da matéria) e bósons (partículas transportadoras de força). Os férmions subdividem-se em léptons e quarks. Há os léptons da matéria comum (elétrons e neutrinos eletrônios) e quarks da matéria comum (up e down). E há os quatro léptons e os quatro quarks da matéria exótica (existiram independentes nos tempos primordiais do cosmo, época de altíssimas temperaturas). Os bósons são os fótons (partículas da energia eletromagnética), os glúons (partículas da força nuclear forte), bósons vetoriais intermediários (partículas da força nuclear fraca) e grávitons (partículas da força gravitacional, até agora não se conseguiu constatar sua existência, através de experimentos).
Três são as idéias fundamentais da Física Quântica. A primeira, já vimos, a matéria é formada de partículas-ondas. A segunda idéia foi formulada por Heisenberg: o princípio da incerteza. A ciência física, até então, funcionava sobre a premissa de que, conhecida a situação presente, a situação inicial, se pode com toda a precisão prever a situação futura, a situação subseqüente. Para isso, basta conhecer a lei que rege o fenômeno observado. A ciência era materialista, mecanicista, reducionista e determinista. Como disse Einstein: Deus não joga dados. Nada é indeterminado. Tudo é determinado. Tudo é regido por leis naturais.
O que estava dizendo Heisenberg? O contrário. No mundo atômico, não há certeza, porque não posso conhecer com precisão o estágio inicial. O conhecimento do que é agora, neste momento, é subjetivo, não é absolutamente objetivo. O que existe na Natureza é conhecido através dos instrumentos que uso para investigá-la. E esses instrumentos, que são as ondas eletromagnéticas da luz, modificam o estado inicial, as realidades de posição e velocidade de movimento das partículas examinadas. Se não conheço com precisão o estágio inicial, é impossível conhecer com precisão o estágio futuro, o estágio subseqüente. Daí, a terceira idéia fundamental: o mundo atômico não é determinístico, é probabilístico. Não só todos os caminhos são possíveis, são prováveis, como também todas as trajetórias possíveis são percorridas pela onda que é a partícula. A partícula está em toda parte, não se limita a uma única posição! Assim, só se pode calcular a probabilidade maior ou menor do ponto futuro onde estará a partícula atômica num determinado instante futuro.
O mundo macroscópico em que vivemos se fundamenta nesse mundo atômico subjacente. Esse mundo macroscópico, portanto, é resultante desses incalculáveis movimentos probabilísticos do mundo atômico. Nesse mesmo mundo macroscópico em que vivemos nada é absolutamente preciso. Tudo tem sua margem de erro, de imprecisão, que deve ser levada em conta. Já tínhamos visto que, segundo a teoria evolucionista, no mundo do ser vivo, determinismo e acaso se misturam. Vemos agora que o mundo atômico é probabilidade.
Há ainda uma afirmação desconcertante da Mecânica Quântica. No mundo subatômico não vale a lei de Lavoisier, já que nele partículas se criam e se perdem!
E esse mundo atômico probabilístico subjacente é que fornece a característica da modernidade que hoje vivemos. É a mecânica quântica que permite a existência de computadores, dos aparelhos de telecomunicação, das viagens interplanetárias, de equipamentos de pesquisa, bem como de equipamentos de diagnóstico e de tratamento médico de última geração. Ela se acha em todos os maquinismos automáticos e cibernéticos existentes nas mais diversas áreas de produção de bens e serviços, de transportes e distribuição. A mecânica quântica dá forma à civilização eletrônica que estamos vivendo.
Outra verdade fabulosa do mundo contemporâneo é a teoria da relatividade. A Física newtoniana considerava que o universo existia no Espaço e no Tempo. Eles (Espaço e Tempo absolutos) seriam a ribalta onde todos os fenômenos naturais acontecem. Einstein aceitou que a velocidade da luz é fixa, como dizia Maxwell, 300.000 km por segundo. Afirmou que a luz, energia eletromagnética, é uma perturbação que se movimenta no vácuo a essa velocidade constante: a luz é energia eletromagnética, é perturbação que se movimenta. Para se movimentar e para existir, portanto, a luz não precisa do éter, a substância criada pelos antigos cientistas para explicar a perturbação que se movimenta, substância cuja existência nunca se constatou.

Mas, se a luz se movimenta a velocidade finita e constante no vácuo, o tempo e o espaço são relativos. O espaço varia de acordo com a referência que se toma. O homem sentado numa poltrona, num trem fechado, deslocando-se à velocidade constante de quarenta quilômetros por hora, e tão suavemente que nem sente o deslocamento, responde nada, não saí desta poltrona a quem lhe pergunte ao cabo de uma hora: que espaço percorreu? Faça-se a mesma pergunta, uma hora depois, a um expectador externo ao trem, que o vê deslocar-se. Ele responderá: quarenta quilômetros. O espaço é um conceito que exige uma referência para ser compreendido. É um conceito que varia, de acordo com a referência que se toma. É um conceito relativo.
A mesma coisa é o tempo. Imagine um trem, a dez quilômetros da cidade das Angústias, movimentando-se a oitenta quilômetros por hora na direção da cidade dos Prazeres, que está a dez quilômetros adiante. Imagine que nesse mesmo instante caia um raio na cidade das Angústias e outro na cidade dos Prazeres. O que dirá sobre o tempo dos raios um viajante dentro do trem? Em razão do efeito Doppler, dirá que o raio da cidade dos Prazeres caiu antes do raio da cidade das Angústias. E o que dirá sobre o tempo dos raios, um observador que, estático, fora do trem, esteja situado exatamente a dez quilômetros de cada cidade? Os dois raios caíram no mesmo instante, na mesma hora. O tempo também é uma medida relativa, subjetiva, depende da situação do observador.
Assim, não existe um relógio que marque o Tempo Absoluto, um relógio que marque o tempo que seja o mesmo para todo o Universo. Quanto maior a velocidade com que um relógio se desloca, mais vagarosos os ponteiros se deslocam. À velocidade da luz, o tempo pára. O tempo é um conceito relativo. Ele varia com a velocidade do movimento e também com a força gravitacional. Um relógio no sopé de uma grande montanha anda mais devagar que no pico da montanha. Cada indivíduo humano tem o seu tempo. Quanto mais veloz se desloca um objeto, mais reduzido fica o seu volume. E quanto mais energia movimenta um objeto, mais velozmente ele se desloca e maior fica a sua massa inercial. Em velocidade próxima à da luz, um objeto não aumenta de velocidade, apenas aumenta a massa inercial. Conseqüência espantosa: energia se converte em massa, energia é massa! Nenhum objeto dotado de massa pode alcançar a velocidade da luz. À velocidade da luz, a massa inercial seria infinita. A fissão e a fusão atômica podem desprender quantidade colossal de energia. A energia atômica pode ser utilizada para o bem ou para o mal. Em nossos dias, fornece grande parte da energia que movimenta a atividade dos países mais desenvolvidos da Terra e é empregada na promoção da saúde humana. Já foi também utilizada na guerra na forma da espantosamente devastadora bomba atômica.
Mas, tudo isso é só uma visão parcial do novo modelo científico da Natureza, elaborado por Einstein. Tudo isso é apenas a teoria da relatividade especial. Anos depois de agraciar a Humanidade com esse modelo, Einstein elaborou a teoria da relatividade geral. Agora, ele tratava do movimento acelerado. Uma pessoa colocada numa espaçonave completamente fechada e em movimento acelerado no espaço para cima, ela se acha parada contra o soalho da espaçonave, em razão da gravidade ou em razão da inércia? O astronauta é incapaz de responder a essa pergunta: sem referência, gravidade e inércia se confundem. A força da gravidade e a resistência à força (inércia) são a mesma coisa. O espaço não é tridimensional. Ele é tetradimensional. Os eventos, qualquer evento, têm quatro dimensões: comprimento, largura, altura e tempo. O tempo nada mais é que uma dimensão do espaço. A dimensão tempo nada mais faz do que encurvar o espaço. O espaço-tempo não é uma realidade absoluta, separada das coisas. O espaço-tempo não é um continente onde as coisas se acham depositadas. Não é uma ribalta onde as coisas acontecem. O espaço-tempo e as coisas influenciam-se mutuamente. O espaço-tempo muda, consoante as coisas mudam. O espaço-tempo é encurvado pela presença das coisas. A gravidade não é uma força de atração, como imaginava Isaac Newton. Ela simplesmente encurva o espaço ao redor de um corpo. Imagine uma cama elástica, dessas onde acrobatas se exibem, suportando um peso de cem quilos, colocado no meio dela. A cama elástica afunda em volta desse peso. É isso que faz a gravidade dos corpos: quanto maior a massa de um objeto, maior a curvatura em sua volta.

O espaço-tempo é como o globo terrestre. Em pequenas distâncias, parece plano, retilíneo. Na sua visão total é que ele se apresenta encurvado. Assim, no espaço-tempo, a luz, que se movimenta em velocidade uniforme e fixa de 300.000 quilômetros por segundo, sempre se desloca em trajetória retilínea. Nas proximidades dos corpos de grande massa, por exemplo o Sol, ela segue a sua trajetória retilínea ao longo do espaço-tempo encurvado das vizinhanças do Sol. A luz não acelerou seu movimento. A luz continua se deslocando na reta sobre um espaço-tempo curvo, como nós caminhamos na reta sobre a crosta terrestre curva. Assim, no espaço-tempo curvo, a distância mais curta entre dois pontos não é uma linha reta, mas uma linha curva. Como, aliás, o sabem muito bem os pilotos das aeronaves: eles seguem as geodésicas nos seus vôos, a trajetória curva da menor distância entre dois pontos do globo terrestre. A linha reta não é a distância mais curta entre duas cidades terrestres.
Se o Universo é o espaço-tempo, isto é, se, à medida que o tempo passa, ele se encurva cada vez mais, o Universo não poderia ser estático como pensara Isaac Newton. Einstein introduziu em sua fórmula matemática uma constante para ajustar-se à idéia da estabilidade do Universo, isto é, ele imaginou uma força expansiva para contrabalançar a da gravidade e, assim, dar estabilidade à posição existente estável dos astros e das constelações. Einstein se arrependeu desse artifício, quando novos instrumentos de observação astronômica constataram que o Universo não é estático, ao contrário, se acha em expansão. Descobriu-se que há no Universo mais de cento e vinte bilhões de galáxias e que cada galáxia tem mais de cento e vinte bilhões de astros. Descobriu-se que quanto mais distante é a galáxia, mais rapidamente ela se afasta das outras. O mundo se acha em expansão. Ele não é estático.
E a taxa de expansão do Universo é de tal grandeza que só pode ser explicada se houver mais matéria do que a que conhecemos e mais energia do que a conhecemos. Os cientistas supõem, assim, a existência da matéria escura (aquela que existe e não se conhece) e a energia escura (aquela que existe e não se conhece). O Universo compor-se-ia, portanto, 23% de matéria escura, 73% de energia escura e 4% de matéria comum. Dessa forma, tudo o que o Homem conseguiria conhecer do Universo, nos tempos atuais, não iria além dos 4% que ele é! Formidável grande verdade!
Outra conseqüência importante da teoria da relatividade geral é que, se o Universo está em expansão, ele foi um espaço-tempo muito mais reduzido no passado. Chegou-se assim ao cálculo de que, há cerca de quinze bilhões de anos, toda a matéria hoje existente estava condensada num ponto infinitamente pequeno e infinitamente quente, isto é, há quinze bilhões de anos houve uma formidável explosão, o Big Bang. Os aparelhos de pesquisa ainda captam os sinais sonoros dos vestígios residuais dessa época, situados nas bordas externas do Universo. Na ciência, o infinito é desconhecido. A ciência Física é medida, o infinito é sem medida. A ciência humana chega até ao infinito, até o Big Bang. Nada sabe dizer sobre o infinito e sobre o que era antes. Para a ciência não existe o antes do Big Bang.

Nenhum comentário:

Postar um comentário