A realidade é como percebemos

A realidade é como percebemos

MARCELO GLEISER

Einstein e a física quântica derrubaram a objetividade imparcial: a mente e a realidade são inseparáveis

SEMANA PASSADA, DESCREVI como a física moderna vê a realidade como sendo composta de várias camadas, cada qual com seus princípios e leis.

Isso vai contra o reducionismo mais radical, que diz que tudo pode ser compreendido partindo do comportamento das entidades fundamentais da matéria. Segundo esse prima, existem apenas algumas leis fundamentais. Delas, todo o resto pode ser determinado. Gostaria de retornar ao tema hoje, mas focando num outro aspecto dessa questão que é bem complicado: o que é realidade e como sabemos.

Começo contrastando os filósofos Hume e Kant. Para Hume, o conhecimento vem apenas do que captamos com nossos sentidos. Baseados nesta informação, construímos a noção de realidade. Portanto, uma pessoa que cresceu sem qualquer contato com o mundo externo e que é alimentada por soros não seria capaz de reflexão. Kant diria que existem intuições já existentes desde o nascimento, estruturas de pensamento que dão significado à percepção sensorial.

Sem elas, os dados colhidos pelos sentidos não fariam sentido.

Duas dessas intuições são as noções de espaço e de tempo: elas costuram a estrutura da realidade, conectando e dando sentido ao fluxo de informação que vem do mundo exterior. Uma mente com estruturas diferentes, portanto, teria uma noção diferente da realidade.

Kant não diz que o sensório não é importante. Para ele, mesmo que o conhecimento comece com a experiência externa, não significa que venha desta experiência. Precisamos do fluxo de informação sensorial, mas construímos significado partindo de nossas intuições: os dados precisam ser ordenados no tempo e arranjados no espaço.

Durante as primeiras décadas do século 20, duas revoluções forçaram uma reavaliação da ordem kantiana. A relatividade de Einstein combinou espaço e tempo. Deixaram de ser quantidades absolutas, tornando-se dependentes do observador.

O que é real para um pode não ser para outro. A teoria de Einstein restaura uma forma de universalidade, pois provê meios para que observadores diferentes possam comparar suas medidas de espaço e tempo.

A segunda revolução veio com a física quântica. Para nossa discussão hoje, seu aspecto mais importante é a relação entre o observador e o observado. Na época de Kant, a separação entre os dois era absoluta. No mundo quântico dos átomos e partículas, a natureza física de um objeto (se um elétron é uma partícula ou uma onda, por exemplo) depende do ato de observação.

Ou seja, as escolhas feitas pelo observador induzem a natureza física do que é observado: o observador define a realidade. E como a intenção do observador vem de sua mente, a mente define a realidade. A mente precisa ainda das intuições a priori para interpretar o real, mas ela participa desta interpretação.

A objetividade imparcial se torna, então, obsoleta, já que mente e realidade tornam-se inseparáveis. Se essa relação na camada quântica afeta outras camadas é ainda objeto de discussão.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor do livro "Criação Imperfeita"

As muitas camadas da realidade

As muitas camadas da realidade

MARCELO GLEISER

Podemos imaginar que a descrição científica da natureza é um bolo, com fatias de sabor variado

DURANTE SÉCULOS, cientistas sonharam em obter uma descrição completa do mundo, tentando fazer da ciência um símbolo maior do brilhantismo humano. Não seria fantástico se fôssemos capazes de prever o futuro em detalhe? A ciência como oráculo... muito irônico.

Essa seria a opressora realidade do cosmorrelógio, no qual leis estritamente determinísticas descreveriam todos os mecanismos da natureza. Esse sonho não passava de ilusão, e o projeto falhou.

Primeiro porque essa meta reducionista, para a qual tudo na natureza pode ser descrito a partir do comportamento das menores entidades de matéria, depende do acúmulo de muita informação (como as posições e velocidades de todas as partículas que compõem o Cosmo).

Mesmo os seus defensores mais ferrenhos, como o francês Laplace e outros, sabiam que, na prática, nunca daria certo. Medidas tomam tempo. E, quando você termina de medir algo aqui, o que está acolá já mudou de lugar! Mas, mesmo assim, acreditava-se num conjunto de leis que poderia ser usado para construir a realidade física do mais elementar ao mais complexo, a partir das entidades fundamentais da matéria e de suas interações.

Além disso, a física quântica, que descreve átomos, proíbe o conhecimento da posição e da velocidade de uma partícula com precisão arbitrária, impondo um limite absoluto ao que podemos conhecer.

Hoje, imagino (e espero) que poucos físicos acreditem que o projeto reducionista possa funcionar começando das partículas elementares e indo às moléculas, aos furacões ou à explicação de como os neurônios podem criar nosso senso de identidade.

Deixar de lado esta meta reducionista cria oportunidades únicas. Como escreveu o prêmio Nobel Philip Anderson, em 1972: "A cada nível de complexidade aparecem novas propriedades. Cada estágio requer leis e conceitos novos".

Podemos imaginar nossa descrição científica da natureza como um bolo de muitas camadas, cada qual com o seu sabor, ingredientes e feita segundo instruções diferentes. O bolo pode ser um só, mas não é possível cozinhá-lo começando com prótons e elétrons. (Da mesma maneira, uma sinfonia é muito mais do que um agrupamento de notas.)

Será que existem camadas-limite, indo da menor à maior? Ou será que a realidade é um "bolo de Babel", sem limites? Se considerarmos o que sabemos hoje, podemos dizer que existe uma distância mínima, onde o conceito de espaço deixa de fazer sentido: é o chamado "comprimento de Planck", igual a 1,6 x 10-35 metro (um próton tem aproximadamente 10-15 metro).

Em direção ao cósmico, a coisa é mais incerta. Podemos dizer que a porção observável do Universo, isto é, o volume de espaço onde podemos coletar informação usando formas diversas de radiação (como luz, ultravioleta e infravermelho), é de 46 bilhões de anos-luz.

Se o Universo continua além dessa fronteira- e não há razão para achar que não continue- não podemos sabê-lo. E se não podemos ver o que está além, esta é, de fato, a camada-limite do "muito grande". Portanto, nosso bolo da realidade não se estende ao infinitamente pequeno ou grande. Ao menos, essa é a receita atual.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor do livro "Criação Imperfeita"

"Partícula de Deus" pode ser composta por cinco outras partículas

"Partícula de Deus" pode ser composta por cinco outras partículas

Afirmação é sugerida por evidências de um novo experimento atômico

The New York Times | 24/06/2010 20:33

A "partícula de Deus" pode na verdade ser composta por cinco partículas distintas, sugerem evidências de um novo experimento atômico. Conhecida como bóson de Higgs, a partícula teórica tem sido há muito buscada por físicos que acreditam que ela é responsável por toda a massa do universo e por isso foi apelidada de "partícula de Deus".

Ela é também um dos alvos dos experimentos do Grande Colisor de Hádrons (conhecido como LHC), que começou a quebrar as partículas subatômicas na metade de sua potência máxima em março. De acordo com um modelo amplamente aceito da física, todas as partículas adquirem sua massa por meio da interação com o bóson de Higgs.

Mas algumas teorias dizem que o bóson de Higgs não é uma, mas sim várias partículas com massas semelhantes, mas diferentes cargas elétricas. Agora, pesquisadores do Fermilab, em Batávia, Illinois, disseram ter encontrado mais evidências para essa teoria de partículas múltiplas.

Em um experimento chamado DZero no laboratório do colisor de partículas Tevatron, os cientistas descobriram recentemente que as colisões de prótons e antiprótons produziam pares de partículas de matéria com mais frequência do que os pares de partículas de antimatéria.

A diferença é menor do que 1%, mas não pode ser explicada pelo modelo padrão que pressupõe a existência de um único bóson de Higgs, disse o coautor do estudo, Adam Martin, um físico teórico do Fermilab. "É um efeito muito pequeno, mas ainda é muito maior do que se você aceitar pelo que é dito na regras originais do modelo padrão", disse Martin.

"O modelo padrão com apenas uma partícula de Higgs é muito mínimo para explicar o resultado do experimento DZero."

Os resultados do experimento DZero podem, contudo, ser explicados se os cientistas assumirem que o bóson de Higgs é na verdade composto por cinco partículas do mesmo modelo padrão. "Quando  ampliamos o modelo padrão, o colocamos em novas partículas e novas interações", disse Martin, cujos resultados foram publicados recentemente no site de pesquisa em física arXiv.org.

"Essas novas interações podem até mesmo tratar a matéria e antimatéria de maneiras diferentes e, portanto, conduzir a efeitos maiores nos experimentos."

Se existem múltiplos bóson de Higgs, estes podem interagir com a matéria de maneira diferente, o que poderia levar a novas formas de física ainda não descobertas dentro do modelo padrão, dizem os cientistas. "Diversos esquemas para estender o modelo padrão incluem como primeiro passo acrescentar mais partículas ao bóson de Higgs", disse Martin.

Chris Quigg é um físico teórico, também do Fermilab, mas não esteve envolvido no estudo. Apesar de "bastante provocantes", os resultados ainda são preliminares, ressaltou Quigg.

"Não sei de nada que me faça duvidar explicitamente do resultado, mas quando algo é tão inesperado e tão sutil assim é preciso tempo", disse Quigg. "É importante não pularmos de alegria tão cedo sobre isso."

Se a equipe de Martin estiver certa e o bóson de Higgs for realmente composto por cinco partículas diferentes, então isso deve poder ser detectado pelo LHC na Suíça.

"Na nossa interpretação", Martin disse, "esse bóson de Higgs não pode ser muito pesado, por isso, devemos vê-lo definitivamente na era do LHC."

David Evans, físico da Universidade de Birmingham e chefe de projeto ALICE do LHC , acrescentou por e-mail: "Pessoalmente acho que é pouco provável que tenhamos cinco diferentes partículas no bóson de Higgs." "Mas, se isso foi provado, a existência do LHC se tornou ainda mais emocionante".

* Por Ker Than

A física quântica deixa muita gente confusa quando afirma que é impossível existir o nada absoluto: o espaço vazio puro.

Físicos brasileiros tiram energia do nada

RAFAEL GARCIA - da Reportagem Local - 28/04/2010 - 09h26 – Folha Online

A física quântica deixa muita gente confusa quando afirma que é impossível existir o nada absoluto: o espaço vazio puro. A constatação de que o vácuo possui uma energia própria, porém, já foi provada experimentalmente, e só não percebemos isso no dia-a-dia porque esse "conteúdo" do nada é muito pequeno. Uma dupla de teóricos brasileiros, porém, acaba de descobrir um modo de fazer com que a energia do vácuo aumente sem controle, num fenômeno de alta violência.

Essa energia não serviria para iluminar cidades ou mover carros, mas pode ajudar a entender alguns dos pontos mais obscuros da física moderna.

A ideia, descrita em um artigo de Daniel Vanzella e William Lima, do Instituto de Física de São Carlos, conquistou espaço na revista "Physical Review Letters", uma das mais disputadas da área. No trabalho, a dupla descreve como sacou a energia "do nada" usando um ingrediente inusitado: a gravidade, força de atração que os físicos consideram fraca.

Desdenhar o poder da gravitação pode parecer piada, mas os físicos sabem que ela perde de longe para outras forças. O exemplo clássico usado para ilustrar isso é o do ímã que ergue uma moeda: o magnetismo do ímã vence a gravidade de toda a Terra. Por isso é que o trabalho brasileiro chamou tanta atenção ao misturar o vácuo quântico com a gravidade.

"São dois conceitos que, se isolados, normalmente não desempenham papel muito dramático nas experiências do dia-a-dia, mas descobrimos que, em alguns contextos, um pode ajudar o outro a ficar dominante", explicou Vanzella à Folha.

O que ele e Lima fizeram foi aplicar as equações da energia do vácuo a um espaço onde a gravidade é fortíssima: uma estrela de nêutrons. É um tipo de astro extremamente compacto. Se uma estrela com duas vezes a massa do Sol fosse prensada até ficar com um centésimo de milésimo do tamanho, meros 25 km de diâmetro, ela seria uma estrela de nêutrons.

O que os físicos de São Carlos fizeram foi mostrar que a gravidade perto de um objeto desses iria interagir com o vácuo de forma tão violenta que campos de energia extremamente fracos seriam amplificados exponencialmente. Uma vez com o resultado nas mãos, porém, os físicos se perguntaram que tipo de energia contida no vácuo poderia sofrer essa explosão.

Desse exercício surgiram muitas perguntas e nenhuma resposta, mas um dos questionamentos levou Vanzella e Lima a um caminho promissor.

Os físicos verificaram que o eletromagnetismo, o tipo de energia cuja forma mais conhecida é a luz, não seria afetado pela gravidade de uma estrela de nêutrons da forma brutal como os físicos previam.

Vanzella imaginou se o efeito que ele previu poderia causar essa expansão de energia eletromagnética de outra forma, agindo não no contexto de uma única estrela de nêutrons, mas no contexto cosmológico.

Energia escura

O maior desafio da cosmologia hoje é entender o que é a chamada "energia escura", força que faz o Universo se expandir aceleradamente. Físicos não sabem dizer por que o Big Bang, a explosão que deu origem ao cosmo, não está desacelerando, o que seria de esperar - já que a gravidade das galáxias as atrai umas às outras. Já se postulou até a existência de tipos de campo de força desconhecidos para tentar explicar a energia escura, sem sucesso.

"Se o efeito que nós verificamos realmente se manifesta no caso eletromagnético em contexto cosmológico, porém, seria uma possível explicação para a energia escura", diz Vanzella. "Mas isso também já é muito especulativo da nossa parte, porque ainda estamos no meio das nossas contas."

O físico diz, porém, estar confiante em que, de um jeito ou de outro, a teoria chegará a algum tipo de previsão que pode ser colocada sob teste em observações astrofísicas num futuro próximo.

O tempo é como um rio que pode ter ramificações. Ou seja, você pode visitar esses braços. Mas, ao visitar esse afluente, você estaria fora do curso principal. Estaria em um Universo paralelo.

O descobridor do universo

Michio Kaku festejou o funcionamento do Grande Colisor de Hádrons, no mês passado. O cientista, um dos criadores da Teoria dos Campos de Cordas, vê no maior experimento da história uma chance de provar alguns dos maiores mistérios do Universo: é possível viajar no tempo? O que originou o Big Bang? Como é a matéria escura? E, de uma vez por todas, o que diabos aconteceu na Ilha de Lost?

por Mariana Lucena - Revista Galileu

O físico americano Michio Kaku é um dos pais da Teoria dos Campos de Cordas. Se essa nomenclatura soa algo entre o grego e o japonês para você, acalme-se. Ele explicará tudo na entrevista a seguir. O cientista e futurologista, que virá a Joinville (SC) em maio para o Congresso Nacional de Atualização em Gestão, conversou com a gente sobre o mundo fascinante que se revelará a partir dos dados tirados do Grande Colisor de Hádrons, o LHC. De quebra, rebateu as críticas que físicos, como o carioca Marcelo Gleiser, fazem à Teoria das Cordas, explicou como as viagens no tempo podem ser estudadas a partir do Colisor e ainda mostrou como a Ilha de Lost e a peregrinação temporal de Spock, em Star Trek, podem ter uma explicação mais razoável do que você imaginava. 
* O LHC vai revelar a origem de tudo?  Michio: Sim. E essa história está intimamente ligada a Einstein. Ele procurou por uma “teoria de tudo” por 30 anos, de 1930 a 1960, e não conseguiu encontrá-la. Hoje, nós acreditamos que conseguimos. E a candidata líder para uma teoria de todas as coisas é a Teoria das Cordas. Ela nos dá não somente uma teoria sobre o Big Bang, mas sobre o que existia antes do Big Bang. E também responde a perguntas como “existem outros universos?”, “é possível viajar no tempo?” — que são as principais questões da Cosmologia hoje. 

*Mas, afinal, o que é a Teoria das Cordas?  Michio: Ela postula o seguinte: se o Universo é uma bolha que está constantemente se expandindo — como diz a Teoria do Big Bang —, poderia haver também outras bolhas, outros universos? Nós teríamos, então, um Multiverso. Imagine uma banheira de espuma cheia de bolhas se chocando, nós achamos que assim é o Multiverso. 

* E se essas “bolhas-Universo” se colidirem como as do banho, o que acontece?  Michio: Quando duas bolhas se chocam, elas se fundem e criam uma bolha ainda maior. Isso talvez seja o que chamamos de Big Bang. 
* E você acha que isso poderia acontecer hoje? Nosso universo poderia simplesmente se chocar contra outro? Michio: Em princípio, sim, mas são eventos muito raros. Nossa bolha colidiu com outra 13,7 bilhões de anos atrás. Não deve acontecer de novo tão cedo. 

* Como seriam esses universos paralelos?  Michio: A maioria deles não seria muito interessante. Por exemplo, poderiam ser feitos de eletricidade ou somente de gás. Mas alguns destes universos poderiam ser muito similares ao nosso e é por isso que nós temos a Teoria das Cordas. O LHC foi construído com esse propósito. A ideia é a de que ele ajude a finalmente provar essa Teoria. 

* Como?  Michio: Bom, ele acabou de ser “ligado”, mas terá um forte impacto na Teoria das Cordas porque algumas pessoas acham que é impossível prová-la. E essas pessoas estão erradas. Com os experimentos no Colisor, nós esperamos descobrir novas partículas, as superpartículas. Essas partículas são cordas com alta vibração. Eu, você e tudo ao nosso redor — todos os átomos do mundo — somos formados de nada mais do que cordas minúsculas vibrando em uma frequência baixa. Mas existem cordas em frequência alta, que são as superpartículas. Esperamos produzi-las no Colisor. 

* O que fazem as superpartículas?  Michio: Acredito que elas formam a matéria escura, que é o que mantém a galáxia unida. O Universo não é inteiramente constituído de átomos. Aliás, apenas 10% da matéria do Universo é feita de átomos. A maior parte da matéria é invisível e se chama matéria escura. Nós sabemos que ela existe, temos evidências, mas nunca a vimos. Com o LHC podemos produzir essa matéria escura no laboratório! Uma vez que a tivermos, faremos uma série de testes para ver se suas propriedades batem com as das superpartículas. Se elas baterem, será uma grande vitória. 

* Por quê?  Michio: Veja, existem quatro forças que governam o Universo: gravidade, luz e as duas forças nucleares (força fraca e forte). Só que, no Big Bang, é possível que houvesse algo a mais, uma superforça. Ela seria a força do Big Bang, a fonte de energia original e a razão pela qual o Universo foi criado. Essa é a força que o LHC irá investigar. 

* Recentemente, o físico Marcelo Gleiser disse a Galileu que a Teoria das Cordas está caindo em descrédito porque, em 30 anos, nada foi provado. O que você diz?  Michio: Ele não sabe do que está falando. Por exemplo, há algum tempo as pessoas costumavam dizer que nós nunca saberíamos do que o Sol é feito, porque analisar diretamente o Sol é impossível, você seria queimado vivo. Isso é ingênuo. Nós analisamos a luz do Sol e ela nos conta que o Sol é feito de hidrogênio. Você não precisa visitar o Sol para saber do que ele é feito. Algumas pessoas criticam a Teoria das Cordas dizendo que você teria que criar um “Universo Bebê” no laboratório para provar que ela é correta. E isso também é ingênuo porque, assim como a luz do Sol nos dá uma prova indireta de que o Sol é feito de hidrogênio, o LHC nos dará provas indiretas de que o mundo é feito de pequenas cordas. O que estou dizendo é: a Teoria não foi provada ainda, mas é possível obter uma prova indireta. 
* Há quem diga que o LHC vai permitir até estudar viagens no tempo...  Michio: Muita gente acha. A Teoria de Einstein falava apenas de gravidade e já dizia que a viagem no tempo era possível. Muito difícil, mas possível. Nós não sabemos se a máquina do tempo seria estável, talvez ela explodisse. Talvez você morresse entrando nessa máquina. Para calcular sua estabilidade, precisamos de uma Teoria de Tudo. E a única teoria que combina radiação, matéria, gravidade e é capaz de responder a essas perguntas é a Teoria das Cordas. 

* Como essa máquina seria construída?  Michio: Primeiramente, é muito difícil construir uma máquina do tempo. Você precisaria de uma enorme quantidade de energia, então estamos falando de civilizações muito avançadas do futuro ou de outros universos. Eles talvez possam construir uma máquina do tempo. Nós não podemos. O tempo é como um rio que pode ter ramificações. Ou seja, você pode visitar esses braços. Mas, ao visitar esse afluente, você estaria fora do curso principal. Estaria em um Universo paralelo. E por mais que você fizesse coisas no afluente, não alteraria o curso do rio principal. Esse é um dos motivos de não termos, por exemplo, contato com viajantes do futuro, sabe? Esse filme mais recente da série Star Trek mostrou isso corretamente: Spock cai em um buraco negro, volta ao passado e conhece a si mesmo quando jovem. Quando ele muda a história, ele “cria” um outro universo. 

* É a mesma coisa que acontece em Lost, certo?  Michio: Uma vez me pediram para dizer como Lost poderia ser real. Eu assisti a alguns episódios do seriado e percebi que se houvesse um meteoro feito de matéria negativa e ele caísse em uma ilha, você teria alterações muito estranhas de espaço e tempo. Em um dos episódios da série uma senhora (a personagem Eloise Hawking) diz que na ilha uma coisa muito estranha aconteceu para abrir portais para outras partes da Terra. Eu vi esse capítulo e disse “A-HÁ! Se matéria negativa caísse na Terra, ela criaria buracos negros conectando a ilha a outras partes do mundo. E se você entrasse neste túnel, você poderia também viajar no tempo”. E é assim que você teria realidades múltiplas simultaneamente. O rio se ramificaria em dois diferentes, mas as pessoas dentro dele seriam as mesmas. Nós físicos acreditamos que neste caso um universo paralelo se abriria. O problema aqui é que é muito difícil encontrar matéria negativa — ela é ainda hipotética. Mas se você colocasse matéria negativa na equação de Einstein, então portais do tempo seriam possíveis — logo, seria possível Lost.