Ao ler um pouco de física quântica

“Vivemos numa era insana, mais insana do que o normal, porque, apesar dos grandes avanços tecnológicos e científicos, o homem não tem a mínima idéia de quem é ou do que está fazendo” .

(Walker Percy)

Acerca disso um aforismo:
"E vós herdais a terra como um dom gratuito mas ainda assim transformam a vida em um preço a ser pago. Os meus amigos não podem mais me ouvir, as bombas ensurdeceram a todos, as minhas mãos não podem mais tatear, depois de tanto tempo perderam a sensibilidade. Por quê tem de ser assim? Ele poderia ser o complemento do que falta, mas prefere ser o avesso que dispenso. Os meus irmãos estão mortos e os que não morreram foram hipnotizados, a minha mãe hoje pranteia um choro mudo, o seu sangue jaz escurecido e o gosto de seus frutos tornou em acre. O Eu e o Anti-Eu comungam e se explodem! Não há como entender esse antagonismo, não há como entender a ordem do caos..."
*Leandro M. de Oliveira

Ciência e seu nascimento

A ciência tem de envolver mais do que a mera catalogação de fatos e do que a descoberta, através da tentativa e erro, de maneiras de proceder que funcionam. O que é crucial na verdadeira ciência é o fato de envolver a descoberta de princípios que subjazem e conectam os fenômenos naturais. 

Apesar de que concordar completamente que devemos respeitar a visão do mundo de povos indígenas não europeus, não penso que coisas como a astronomia maia, a acupuntura chinesa, etc., obedeçam à minha definição. O sistema ptolomaico de epiciclos alcançou uma precisão razoável ao descrever o movimento dos corpos celestes, mas não havia qualquer teoria propriamente dita subjacente ao sistema. A mecânica newtoniana, pelo contrário, não apenas descrevia os movimentos dos planetas de modo mais simples, conectava o movimento da Lua com a queda da maçã. Isto é verdadeira ciência, pois revela coisas que não podemos saber de nenhuma outra maneira. 

Terá a astronomia maia ou a acupunctura chinesa alguma vez conduzido a uma previsão que não tenha falhado nem seja trivial e que tenha conduzido a novos conhecimentos sobre o mundo? Muitas pessoas tropeçaram no fato de que certas coisas funcionam, mas a verdadeira ciência consiste em saber por que razão as coisas funcionam. Tenho uma atitude de abertura em relação à acupuntura, mas se tal coisa funcionar, apostaria muito mais numa explicação baseada em impulsos nervosos do que em misteriosas correntes de energia cuja realidade física nunca foi demonstrada. 

Por que razão nasceu a ciência na Europa? Na época de Galileu e Newton a China era muito mais avançada tecnologicamente. Contudo, a tecnologia chinesa (como a dos aborígenes australianos) foi alcançada por tentativa e erro, refinados ao longo de muitas gerações. O boomerang não foi inventado partindo da compreensão dos princípios da hidrodinâmica para depois conceber um instrumento. A bússola (descoberta pelos chineses) não envolveu a formulação dos princípios do magnetismo. Estes princípios emergiram da (verdadeira, segundo a minha definição) cultura científica da Europa. Claro que, historicamente, surgiu também alguma ciência de descobertas acidentais que só mais tarde foram compreendidas. Mas os exemplos mais óbvios da verdadeira ciência — tais como as ondas de rádio, a energia nuclear, o computador, a engenharia genética — emergiram, todos eles, da aplicação de uma compreensão teórica profunda que já existia — muitas vezes há muito tempo — antes da tecnologia que se procurava. 

As razões que determinaram que tenha sido a Europa a dar à luz a ciência são complexas, mas têm certamente muito a ver com a filosofia grega e a sua noção de que os seres humanos podiam alcançar uma compreensão do modo como o mundo funciona por intermédio do pensamento racional, e com as três religiões monoteístas — o judaísmo, o cristianismo e o islamismo — e a sua noção de uma ordem na natureza, ordem essa que era real, legiforme, criada e imposta por um Grande Arquiteto. 

Apesar de a ciência ter começado na Europa, é universal e está agora à disposição de todas as culturas. Podemos continuar a dar valor aos sistemas de crenças das outras culturas, ao mesmo tempo que reconhecemos que o conhecimento científico é algo de especial que transcende a cultura. 

 

*Paul Davies - Tradução de Desidério Murcho (Adaptado)

Alfred Wallace, um visionário renegado pela história

Alfred Russell Wallace (1823 - 1913)

Cento e cinqüenta anos atrás, no dia 1º de julho de 1858, a teoria da evolução por seleção natural foi apresentada pela primeira vez à Sociedade Lineana de Londres, na Inglaterra. A descoberta era assinada por dois naturalistas britânicos. O primeiro era Charles Darwin. O outro, freqüentemente esquecido, era um jovem biólogo autodidata, que chegara às mesmas conclusões pesquisando espécies do sudeste asiático, nas florestas do Arquipélago Malaio. Seu nome era Alfred Russel Wallace.

Um século e meio depois, a história selecionou Darwin como ícone supremo do pensamento evolutivo, enquanto Wallace foi reduzido ao status de espécie ameaçada, ofuscado pelo brilho daquele que foi seu ídolo científico. Poucos hoje sabem que Alfred Russel Wallace existiu. Menos ainda sabem que ele começou sua carreira de naturalista no Brasil.

Wallace passou quatro anos na Amazônia, coletando plantas e animais às margens do Rio Negro e do médio Amazonas. Desembarcou no porto de Belém em 26 de maio de 1848, acompanhado de outro jovem naturalista britânico, o amigo Henry Bates. Tinham apenas 25 e 23 anos.

A idéia era coletar o maior número possível de plantas e bichos exóticos da floresta, que depois seriam levados de volta à Inglaterra para estudo. Buscavam pássaros, peixes, borboletas e outros insetos interessantes. Para pagar as contas, enviavam duplicatas para um agente em Londres, que vendia os espécimes para colecionadores ou museus e remetia o dinheiro de volta.

DESASTRE

O plano quase deu certo. Após quatro anos de trabalho duro, vivendo embrenhado na floresta e com a saúde fragilizada, Wallace juntou o que tinha e embarcou de volta para a Inglaterra em 12 de julho de 1852. No meio do Atlântico, um desastre: o navio pegou fogo. O jovem naturalista assistiu de um bote salva-vidas seu patrimônio científico ser consumido pelas chamas no oceano. Salvaram-se apenas algumas anotações e desenhos que estavam em sua cabine - entre eles, vários rascunhos de peixes e palmeiras, que cientistas brasileiros usam até hoje como referência.

A alfândega brasileira deu sua contribuição. A maioria dos espécimes que deveriam ter sido despachados para a Inglaterra nos últimos dois anos da expedição ficou retida em Manaus, de modo que Wallace precisou carregar tudo de uma vez na viagem de volta - tornando o prejuízo muito maior.

“Com qual prazer eu admirava cada inseto raro e curioso que eu havia adicionado à minha coleção! Quantas vezes, quando quase derrubado pela febre, não me arrastei pela floresta e fui recompensado com alguma bela e desconhecida espécie! Quantos lugares, nos quais nenhum europeu havia pisado antes de mim, seriam resgatados à minha memória pelas aves e insetos raros que eles haviam proporcionado à minha coleção!”, escreveu Wallace. “Agora tudo estava perdido, e eu não tinha um único espécime para ilustrar as terras desconhecidas pelas quais eu havia caminhado ou para resgatar a lembrança das cenas selvagens que eu havia presenciado.”

Após dez dias à deriva, tapando vazamentos com rolhas,Wallace e a tripulação foram resgatados por um navio de passagem. Voltou para a Inglaterra sem dinheiro e sem bichos, mas conhecido o suficiente para ganhar uma passagem de graça para outra expedição, dessa vez para o Arquipélago Malaio (atual Indonésia). Foi lá que, em fevereiro de 1858, ele formulou sua teoria sobre a origem das espécies.

INICIAÇÃO CIENTÍFICA

Wallace descreveu algumas espécies da Amazônia - entre elas a palmeira piaçava (Leopoldinia piassaba), usada na fabricação de vassouras -, mas não produziu nenhuma grande descoberta enquanto esteve lá. Nem por isso a viagem deixou de ser produtiva. O comércio de espécimes era apenas uma fonte de subsistência. O que Wallace queria mesmo, desde que colocou os pés na floresta, era descobrir a origem das espécies.

“Ele claramente já tinha uma hipótese quando embarcou para o Brasil”, diz George Beccaloni, pesquisador de insetos do Museu de História Natural britânico e especialista em Wallace. “Essa era sua motivação principal - muito diferente de Darwin, que ainda era cristão, não acreditava na evolução e não tinha nenhuma hipótese quando embarcou no Beagle.”

A Amazônia foi a escola que Wallace não freqüentara (nascido numa família pobre, ele abandonou os estudos aos 13 anos). “A extraordinária biodiversidade brasileira foi um ponto decisivo, ao colocar de maneira premente para ele a questão de como explicá-la racionalmente”, diz o físico e divulgador científico Ildeu de Castro Moreira.

Wallace é considerado o pai da biogeografia, ciência que estuda a relação entre fatores ambientais, geológicos e a distribuição de espécies. Ele foi o primeiro a descrever os grandes rios amazônicos como barreiras geográficas à biodiversidade - um conceito básico da ecologia moderna.

Wallace notou que, nos trechos largos dos rios, os macacos de um lado eram diferentes das espécies do outro lado. Mais tarde, essa observação se tornaria um dos pilares da teoria da evolução, explicando como o isolamento pode transformar duas populações de uma mesma espécie em espécies diferentes.

“Não há especiação sem isolamento geográfico e reprodutivo. Wallace entendeu isso perfeitamente”, diz Nelson Papavero, biólogo aposentado do Museu de Zoologia da Universidade de São Paulo.

*por Herton Escobar

Seleção Natural, A Gênese das Teorias

Ao remeter para Darwin seu ensaio sobre as variedades de seres vivos, Alfred Russel Wallace pedia que o mostrasse a Sir Charles Lyell, o famoso geólogo, caso nele visse algum valor. O ensaio teve um impacto avassalador sobre Darwin: trazia sentenças inteiras que poderiam ser encontradas em um antigo ensaio de Darwin de 1844.
“Seleção natural” e “sobrevivência do mais apto” apareciam tão articuladas no texto de Wallace quanto estavam na mente de Darwin.
Ao impacto do ensaio de Wallace somou-se um período de muita agitação emocional e Darwin teve de mudar seus planos inteiramente. O impacto de sua teoria sobre as raças do homem, idéia que Darwin vinha desenvolvendo, teria de esperar até 1871.
Malgrado essas mudanças de rota, uma teoria da evolução estava brotando na mente de pensadores em várias partes do mundo e o rebento teórico brotaria em algum lugar. O século 19 estava prenhe da evolução biológica.
Essa prenhez estava anunciada no livro que Darwin lera a bordo do Beagle, “Princípios da Geologia”.
Lyell escrevera que as teorizações inglesas tinham sido refutadas, e até mesmo ridicularizadas, pelos geólogos italianos do Século das Luzes. Eles tinham estendido as bases de Galileu para o estudo do interior da Terra e refutado a idéia de um dilúvio universal.
Lyell defendia o completo abandono da antiga idéia de que os fósseis não são marcas de seres vivos que de fato existiram no passado. Da mesma forma, dizia Lyell, não era razoável invocar os céus ou qualquer divindade para explicar fenômenos naturais à custa de milagres.
Nada além da “pura abominação” dessas visões era o que Lyell pedia a seus colegas iniciados das academias de intelectuais. Para explicar a ocorrência de fósseis marinhos nas alturas das montanhas não era necessário solicitar a intervenção de nenhuma força onipotente.
Até aquela data, muitos viam nos degraus da arena romana de Verona as marcas de Júpiter, cuja imagem os romanos tinham tomado de Amon dos egípcios. Os “cornu Ammonis” que até hoje ornam o rico mármore das calçadas de Verona, seriam simples lembranças espirituosas dos chifres de carneiro de Amon, e não marcas de amonitas (daí a origem do nome), animais reais extintos.
A geologia italiana acabara com o fundamentalismo anglicano naturalista e suas pretensões de sacralizar a ciência nascente.
A física e a mecânica dos céus tinham deixado de depender daquilo que estava nas Escrituras; a química vivia tempos revolucionários.
O estudo da vida seria o próximo campo fértil no qual germinariam as sementes da evolução orgânica, base de uma verdadeira ciência da vida, capaz de explicar as extinções, as “grandes revoluções” da crosta terrestre e o “mistério dos mistérios” -a origem das espécies.
Darwin e Wallace tinham resolvido a questão em 1858.
Darwin já o fizera em 1844 de maneira plenamente aceitável, mas insisitira em colecionar mais fatos e evidências.
Wallace confessava que, embora quisesse se dedicar ao tema de uma forma teórica, os afazeres cotidianos de coletor de espécimes lhe roubavam o tempo necessário.
Com um acesso de malária, ficou preso a uma cama, onde rememorou o que lera de Malthus e teve o “insight” criativo da seleção natural.
Em 1858, enfim, as duas perspectivas se juntaram e a teoria foi finalmente apresentada ao mundo. Passados 150 anos, sabemos que nada na biologia faz sentido sem ela. Há uma única razão para um anfioxo, uma lampréia, um sapo, uma tartaruga, um galo e um elefante terem um desenvolvimento embrionário com características comuns. Essa razão se resume à teoria da evolução, cujas bases foram assentadas pela geologia dos italianos do século 18, entendida e aplicada pelos britânicos que os sucederam, capazes de perceber a distinção básica entre ciência e religião. Ela estava no ar.

*por NÉLIO BIZZO

Darwin Revisitado

PRECEITOS CENTRAIS DO DARWINISMO TORNARAM-SE O EIXO DE TODA A PESQUISA BIOMÉDICA MODERNA

Diz-se que, ao ouvir sobre a teoria de Darwin, uma senhora da sociedade vitoriana resumiu assim seu desconforto: “Vamos torcer para que o Sr. Darwin esteja errado. Mas, se estiver certo, vamos torcer para que essas idéias não se espalhem muito”.
Darwin, mais do que ninguém, entendia as implicações desalentadoras de sua teoria para a noção de que os humanos ocupam uma posição especial na natureza. “É como confessar um crime” dizia.
Foram necessários 70 anos para provar que Darwin estivera certo desde o início.Vários remendos foram necessários à teoria evolutiva original. O mais importante deles foi o reconhecimento de outras forças evolutivas além da seleção natural. No que é conhecido como “deriva genética”, é amplamente aceito que várias características genéticas podem se disseminar em uma população puramente ao acaso, sem que a seleção natural precise ficar “escrutinando dia e noite cada variação”, como escreveu Darwin na “Origem das Espécies”.
Curiosamente, há um recente clamor, especialmente nas ciências sociais, de que uma mudança radical nas nossas idéias sobre hereditariedade e evolução se faz mister, frente a supostas descobertas bombásticas na biologia molecular que traem os preceitos “genocêntricos” do darwinismo.
Entre estas, a descrição de que certos traços podem ser herdados de uma geração para outra sem correspondente variação no DNA -fenômeno chamado de “epigenética”-, ou que modificações ou surgimento de certos traços às vezes precedem variação genética nessas populações, violando o preceito de que evolução se dá exclusivamente em variações genéticas preexistentes, randômicas. Acredita-se, por exemplo, que variações genéticas que tornaram humanos adultos tolerantes à lactose podem ter aparecido somente depois de estes terem instituído o consumo de leite, há cerca de 10 mil anos.
Se esses são os melhores argumentos justificando tal revolução conceitual, a cruzada é quixotesca, e o exército, maltrapilho. Esses novos mecanismos e conceitos vêm simplesmente agregar-se a um sem número de outras descobertas, que se tornaram possíveis nas últimas quatro décadas com o advento da biologia molecular.
O verdadeiro testemunho da herança de Charles Darwin pode ser aferido ao andar-se pelos corredores de qualquer departamento de biologia moderno.
Rapidamente se verá que o anseio da senhora inglesa de abafar as idéias sobre evolução não se concretizou. Os preceitos centrais de teoria evolutiva tornaram-se o eixo de virtualmente toda a pesquisa biomédica.
Graças às teorias de genética e evolução de populações, uma nova forma de medicina, chamada farmacogenética ou “medicina individualizada”, tem rapidamente se desenvolvido nos últimos anos. Hoje já é possível analisar diferenças genéticas entre pessoas e usar essa informação para escolher que remédios serão mais eficazes e terão menos efeitos colaterais para cada paciente em uma série de doenças.
Evolução e seleção natural são o motivo pelo qual ainda não existe uma cura para a Aids e pelo qual estamos perdendo a guerra contra bactérias resistentes a antibióticos. Mas são também os conceitos que têm nos permitido procurar novas formas de combater essas doenças -por exemplo, tentando entender o que na genética faz com que algumas pessoas que são verdadeiras cartilhas ambulantes de fatores de risco nunca adoecem. Desvendados esses mecanismos, novas estratégias terapêuticas poderão ser desenvolvidas.
A procura das causas genéticas de doenças é hoje pesquisada usando os genomas de múltiplas espécies e procurando trechos de DNA que foram mantidos intactos durante longos períodos evolutivos.
O entendimento de como as proteínas -os produtos dos genes- interagem em redes complexas para desenvolver uma função biológica é também amplamente sustentado pela teoria evolutiva. São novos rearranjos e interações entre proteínas que promovem o aparecimento de “novidades” evolutivas em espécies. Assim, uma esponja-do-mar já tem a maioria dos genes que são responsáveis pela organização do plano corporal humano. Os genes que são usados para formar dentes em peixes foram recrutados para funções diferentes quando nossos ancestrais saíram da água. Esses mesmos genes hoje coordenam a formação de estruturas aparentemente distintas como pele, glândulas mamárias e penas em aves.
Tentar descrever qualquer fenômeno biológico fora da esfera conceitual de evolução de Darwin equivale a conceber personagens sem um enredo que os contextualize e una.

*por MARCELO NÓBREGA, professor-assistente do Departamento de Genética Humana da Universidade de Chicago, EUA

Einstein Vida e Obra

 

O mais célebre dos cientistas do século XX, responsável por teorias que revolucionaram não apenas a física, mas o próprio pensamento humano, Einstein acreditava que só a evolução moral impediria uma catástrofe no planeta Terra.

Albert Einstein nasceu na cidade alemã de Ulm, em 14 de março de 1879. Filho de um pequeno industrial judeu, iniciou os estudos em Munique e cedo se destacou no estudo da matemática, física e filosofia. Ainda na infância, incentivado pela mãe, começou a estudar violino, instrumento que o acompanharia ao longo da vida. Com o objetivo de tornar-se professor, concluiu o curso de graduação no Instituto Politécnico de Zurique, em 1900, época em que já dedicava a maior parte de seu tempo ao estudo da física teórica. Obteve nessa época a cidadania suíça e, não tendo conseguido colocação na universidade, aceitou um lugar no departamento de patentes em Berna.
Em 1905, ano em que concluiu o doutorado, Einstein publicou quatro ensaios científicos, cada um deles com uma grande descoberta no campo da física. No primeiro, fez uma análise teórica do movimento browniano, produzido pelo choque das partículas de um líquido sobre corpos microscópicos nele introduzidos; no segundo, formulou uma nova teoria da luz, com o importante conceito de fóton, baseando-se na teoria quântica proposta em 1900 pelo físico Max Planck; no terceiro, expôs a formulação inicial da teoria da relatividade e no quarto e último trabalho, propôs uma fórmula para a equivalência entre massa e energia, a célebre equação E = mc2, pela qual a energia E de uma quantidade de matéria, com massa m, é igual ao produto da massa pelo quadrado da velocidade da luz, representada por c.

Descoberta da relatividade. No ensaio dedicado à relatividade, intitulado "Elektrodynamik Bewegter Körper" ("Movimento eletrodinâmico dos corpos"), o cientista afirma que espaço e tempo são valores relativos e não absolutos, ao contrário do que se acreditava até então. Afirma ainda ser a da luz a velocidade máxima no universo e acrescenta: para o corpo que se deslocasse a essa velocidade, o tempo sofreria uma dilatação, ao mesmo tempo em que se registraria uma contração do espaço. Assim, o corpo que permanecesse em repouso envelheceria em relação ao outro corpo, em movimento.

Cada vez mais respeitado no meio acadêmico, Einstein ensinou em Berna, Zurique e Praga, entre os anos de 1909 e 1913. Foi então convidado a ocupar uma cátedra na Universidade de Berlim, que pouco depois acumulou com a direção do respeitado Instituto Kaiser Wilhelm. Nessa época, sua grande preocupação era a generalização da teoria da relatividade, com a elaboração de uma nova teoria capaz de interpretar, por meio de considerações semelhantes, o campo eletromagnético e o campo gravitacional, que acabaria por receber a denominação de teoria do campo unificado. Em 1916, o cientista publicou Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie (Fundamento geral da teoria da relatividade), formulação final da teoria geral da relatividade. Nesse mesmo ano, passou a manifestar uma preocupação com os problemas sociais que o acompanharia ao longo de toda a sua carreira.

Em 1919, Einstein tornou-se conhecido em todo o mundo, depois que sua teoria foi comprovada em experiência realizada durante um eclipse solar. Por essa época começou a viajar pelo mundo, não apenas para expor suas teorias físicas, mas também para debater problemas como o racismo e a paz mundial. Uma dessas viagens o traria ao Brasil, em 1925. Em 1921, foi agraciado com o Prêmio Nobel de física e indicado para integrar a Organização de Cooperação Intelectual da Liga das Nações. No mesmo ano, publicou Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie gemeinverständlich (Sobre a teoria da relatividade especial e geral), obra de divulgação.
A noção de equivalência entre massa e energia, a do continuum quadridimensional e outras descobertas de Einstein provocaram uma verdadeira renovação do pensamento humano, num período de grande fertilidade intelectual, com interpretações filosóficas das mais diversas tendências. Os resultados de suas descobertas foram utilizados como argumento tanto pelos defensores do empirismo de total rigor lógico quanto pelos adeptos do idealismo matemático, segundo o qual o universo pode ser reduzido à abstração das fórmulas e das relações numéricas.
Bomba atômica e pacifismo. Em 1933, um ano após visitar universidades e instituições de pesquisas nos Estados Unidos, Einstein renunciou a seus cargos na Alemanha, onde os nazistas já estavam no poder, e fixou residência em território americano. Passou a ensinar no Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, do qual se tornaria diretor. Em 1940 adotou a cidadania americana.

Durante esse período, o desenvolvimento de armas nucleares e as manifestações cada vez mais freqüentes de racismo no mundo constituíram as principais preocupações de Einstein. Os físicos alemães Otto Hahn e Lise Meitner tinham descoberto como provocar artificialmente a fissão do urânio. Na Itália, as pesquisas de Enrico Fermi indicavam ser possível provocar uma reação em cadeia, com a liberação de um número cada vez maior de átomos de urânio e, em conseqüência, de enorme quantidade de energia. Fermi, que acabara de chegar aos Estados Unidos, e os físicos húngaros Leo Szilard e Eugene Wigner pediram então a Einstein que entrasse em contato com a Casa Branca. Ele escreveu então uma carta ao presidente Franklin Roosevelt em que alertava para o risco que significaria para a humanidade a utilização pelos nazistas da tecnologia nuclear na fabricação de armas de grande poder destrutivo. Logo após receber a mensagem, o chefe de estado americano deu início ao projeto Manhattan, que tornou os Estados Unidos pioneiros no aproveitamento da energia atômica em todo o mundo e resultou na fabricação da primeira bomba atômica.

Embora não tivesse participado do projeto e sequer soubesse que uma bomba atômica tinha sido construída até que Hiroxima fosse arrasada, em 1945, o nome de Einstein passou para a história associado ao advento da era atômica. Durante a segunda guerra mundial, ele participou da organização de grupos de apoio aos refugiados e, terminado o conflito, após o lançamento de bombas atômicas em Hiroxima e Nagasaki, uniu-se a outros cientistas que lutavam para evitar nova utilização da bomba. Intensificando a militância pacifista, defendeu particularmente o estabelecimento de uma organização mundial de controle sobre as armas atômicas. Em 1945, renunciou ao cargo de diretor do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, mas continuou a trabalhar naquela instituição.

A intensa atividade intelectual de Einstein resultou na publicação de grande número de trabalhos, entre os quais vale destacar Warum Krieg? (1933; Por que a guerra?), em colaboração com Sigmund Freud; Mein Weltbild (1949; O mundo como eu o vejo); e Out of My Later Years (1950; Meus últimos anos). A principal característica de sua obra foi uma síntese do conhecimento sobre o mundo físico, que acabou por levar a uma compreensão mais abrangente e mais profunda do universo. Suas descobertas tornaram possível entender o comportamento das partículas animadas de grande velocidade e suas respectivas leis. Os princípios da relatividade revolucionaram a física newtoniana pois, com o emprego de aceleradores, tornou-se possível obter partículas animadas de enorme velocidade, cuja mecânica em muito se afasta das leis newtonianas.

Einstein conseguiu reduzir as leis da mecânica e harmonizá-las com aquelas que regem as propriedades dos campos eletromagnéticos. Com sua concepção de fóton, permitiu que mais tarde se fundissem, na teoria ondulatória de Louis de Broglie, a mecânica e o eletromagnetismo, o que no século anterior parecia impossível. Albert Einstein morreu em Princeton, em 18 de abril de 1955.

A Teoria da Relatividade

As hipóteses relativistas elaboradas por Albert Einstein no início do século XX para explicar a estrutura do cosmos transcenderam o âmbito científico e, com o passar dos anos, se transformaram num símbolo paradigmático da filosofia e do modo de entender o mundo durante o que se chamou de era da relativização.

Teoria da relatividade é o modelo da física que, por meio de uma concepção generalizada dos sistemas naturais, descreve o movimento de corpos submetidos a velocidades semelhantes à da luz. Enunciada fundamentalmente por Albert Einstein, no início do século XX, a teoria da relatividade suscitou ampla renovação científica ao alterar algumas idéias básicas da física clássica e oferecer uma explicação coerente e unificada para grande número de fenômenos da natureza.

Em virtude de sua complexidade e das datas de publicação dos trabalhos de Einstein, a teoria da relatividade se distingue entre o modelo especial, ou restrito, postulado em 1905 e apoiado em alguns trabalhos precursores, e a relatividade geral, publicada por Einstein entre 1912 e 1917, que inclui a noção de campo gravitacional e procura condensar num modelo único todas as manifestações físicas do universo.

Historicamente, a teoria da relatividade ampliou as idéias existentes no momento de sua aparição e englobou as teorias clássicas como um caso particular de suas propostas. Assim, a mecânica clássica, baseada nos princípios da dinâmica de Isaac Newton, e os fundamentos da eletricidade e do magnetismo, reunidos nas leis enunciadas por James Clerk Maxwell, constituem casos particulares da teoria relativista sob as condições especiais presentes em sistemas com componentes de movimento extremamente lento em comparação com a velocidade de deslocamento da luz.

Relatividade especial

Nas últimas décadas do século XIX, o acúmulo de dados extraídos de numerosas experiências da física começaram a mostrar brechas e indeterminações nos modelos científicos da época. Esses modelos eram baseados em dois pilares principais: a teoria da gravitação universal de Newton e os princípios do eletromagnetismo propostos por Michael Faraday e resumidos nas equações de Maxwell.

Ambas as concepções, a mecânica e a eletromagnética, propunham um universo com partículas e campos de força que constituíam entes rígidos, mergulhados num espaço e tempo absolutos e de dimensões invariáveis. Dentro dessa concepção, tomava-se um sistema de referência único, em relação ao qual se determinariam os movimentos de todos os corpos. Esse sistema ideal se chamou éter cósmico.

A busca sem sucesso do éter em numerosas experiências estimulou o surgimento das futuras teorias. Os americanos Albert Abraham Michelson e Edward Williams Morley, por exemplo, fizeram uma pesquisa com o objetivo de descobrir a velocidade com que a Terra se deslocava através do éter cósmico, supostamente imóvel. Michelson e Morley conseguiram medir com grande precisão a velocidade da luz, o que apoiou as concepções de Einstein e a idéia segundo a qual o deslocamento das ondas luminosas tinha velocidade constante, invariável para qualquer observador em repouso ou dotado de movimento uniforme.

A descoberta da invariabilidade da velocidade da luz foi um golpe na noção do espaço e tempo absolutos. Isso inspirou os trabalhos de George Francis Fitzgerald e Hendrik Antoon Lorentz, dos quais se deduziu um conjunto de leis matemáticas, conhecidas como transformações de Lorentz, cujos resultados incluem as noções de contração da distância e dilatação do tempo.
Noções relativistas e suas conseqüências. O trabalho de Einstein, publicado em 1905 pela revista Annalen der Physik, deu uma resposta consistente ao problema da relatividade espaço-temporal sugerido por Lorentz e Fitzgerald. Os postulados principais da teoria da relatividade restrita são os que se seguem.

(1) As leis da natureza não variam entre os sistemas distintos, chamados inerciais, que se movem com velocidade constante, uns em relação aos outros.
(2) Não existe um sistema de referência absoluto, e o estudo dos fenômenos físicos terá que ser feito mediante variáveis relativas que expressam leis idênticas em diferentes sistemas inerciais.
Essas hipóteses, apoiadas pelas experiências de Michelson-Morley sobre a velocidade da luz, negaram a existência do éter cósmico e revelaram um princípio que se tornou fundamental na ciência do século XX: a velocidade da luz é inatingível por qualquer partícula material, e além disso é insuperável.

As conseqüências diretas da teoria restrita, apoiadas em rigorosa formulação matemática, revolucionaram os postulados da ciência. De maneira geral, um objeto material com velocidade próxima à da luz sofre efeitos surpreendentes: sua massa aumenta, o espaço se contrai e o tempo se dilata. Estes dois últimos efeitos se deduzem das equações de Lorentz.
As hipóteses de Einstein, em sua teoria restrita, se completaram com a equação da equivalência entre massa e energia como uma das manifestações paralelas do mesmo fenômeno. A lei da conversão entre matéria e energia, expressa pela equação matemática E = mc2, enuncia que a massa de uma partícula submetida a altas velocidades se transforma em energia pura, segundo um fator de conversão igual ao quadrado da velocidade da luz (c) no meio em que se realiza a experiência. Obteve-se a comprovação experimental dessa equação mediante o estudo das reações nucleares, que liberam colossais quantidades de energia resultantes da perda de massa do sistema. A conversão inversa, de energia em massa, que daria lugar à materialização de campos energéticos, nunca foi detectada em lugar algum do universo, embora modernas teorias cosmológicas tenham previsto a existência de buracos brancos que atuariam como criadores de matéria.
Os sistemas de referência exclusivamente espaciais, usados nas teorias clássicas, tiveram que ser completados por uma nova variável, o tempo, para satisfazer as novas hipóteses. O alemão Hermann Minkowski definiu o espaço tetradimensional como constituído de três direções de espaço e uma de tempo. O tempo seria o quarto eixo de referência. No espaço-tempo de Minkowski puderam ser representados os fenômenos referentes às teorias relativistas.

Relatividade geral

A principal limitação da relatividade especial era sua aplicação restrita a sistemas de referência inerciais, de velocidade retilínea e constante em relação uns aos outros. A generalização das hipóteses da relatividade restrita ampliou o princípio da invariabilidade das leis da natureza a qualquer sistema, inclusive os de tipo não inercial ou dotados de uma aceleração ou velocidade variável com relação aos sistemas inerciais.

Campos gravitacionais. O objetivo de Einstein, com a globalização dos postulados relativistas, foi desenvolver um modelo de campo gravitacional no qual definiu as características dos sistemas cinemáticos e dinâmicos em condições próximas ao limite da velocidade da luz. As idéias de Einstein foram enriquecidas por trabalhos de Hermann Bondi, Sir Fred Hoyle, Thomas Gold e Ernest Pascual Jordan.

Confirmação da teoria. As hipóteses de Einstein, apesar de sua brilhante demonstração teórica, só alcançaram pleno reconhecimento internacional depois do surgimento de provas experimentais de sua validade. Entre os principais resultados que apoiaram as hipóteses relativistas se incluem: a explicação das anomalias observadas desde o século XIX nas órbitas do planeta Mercúrio, mediante a inclusão do conceito de campo gravitacional relativista, no qual a trajetória da luz se curva na presença de fortes campos gravitacionais; a interpretação dos fenômenos das partículas atômicas lançadas em alta velocidade no interior de aceleradores como ciclotrons e similares; e a construção de teorias cosmológicas da estrutura de sistemas galáticos e estelares e da forma e origem do universo.

As equações de Einstein permitiram prever a conversão de matéria em energia nos reatores e bombas nucleares. Nos últimos anos do século XX, outras previsões de Einstein na teoria da relatividade geral eram ainda objeto de pesquisa. Entre essas previsões se incluem a existência de ondas gravitacionais e dos buracos negros, objetos formados pelo colapso de estrelas de grande massa, dos quais nem a luz conseguiria escapar. Em maio de 1994, o telescópio espacial americano Hubble detectou pela primeira vez um objeto que correspondia às características de um buraco negro superdenso, situado a cinqüenta milhões de anos-luz da Terra, na galáxia gigante M87.

A Relação Espaço-tempo

Para localizar especialmente um objeto, são suficientes três medidas: de comprimento, largura e altura. Assim, com um eixo de três coordenadas, se pode descrever a posição de um ponto no espaço. Para localizar um evento, que ocorre durante um intervalo determinado, exige-se a noção adicional de tempo. Assim, combinando o primeiro sistema, tridimensional, com a medida de tempo, chega-se à noção de espaço-tempo, tetradimensional.

O conceito de espaço-tempo, que relaciona duas categorias tratadas de forma independente pela física tradicional, foi postulado por Albert Einstein na teoria especial da relatividade, de 1905, e na teoria geral da relatividade, de 1915. O senso comum nunca admitiu conexão entre espaço e tempo. Até o fim do século XIX, acreditava-se que o espaço físico era um plano contínuo de três dimensões -- isto é, o conjunto de todos os pontos possíveis -- ao qual se aplicavam os postulados da geometria euclidiana. As coordenadas cartesianas pareciam naturalmente adaptadas a esse espaço. O tempo era visto então como independente do espaço, como um contínuo separado, unidimensional, totalmente homogêneo em sua extensão infinita. Qualquer "momento atual" no tempo poderia ser tomado como uma origem: a partir dessa origem, se media o tempo transcorrido ou a transcorrer até qualquer outro momento passado ou futuro. A mecânica clássica, expressa matematicamente com rigor por Isaac Newton, repousa sobre a idéia de espaço e tempo absolutos.
As noções tradicionais sobre espaço e tempo absolutos, no entanto, são teóricas e não intuitivas, como freqüentemente se acredita. Para o senso comum, elas são as únicas possíveis, pois se é muito simples pensar em comprimento e largura, e relativamente simples pensar em comprimento, largura e altura, imaginar um espaço tetradimensional é impossível. Para localizar um objeto no espaço, sabe-se que é necessário situá-lo em relação a outros objetos, que funcionam como sistema de referência, ou referencial espacial. O referencial ideal é o sistema de três eixos de coordenadas que partem de uma origem. Observe-se que quando alguém se refere a "um ponto fixo no espaço", na verdade está falando de um ponto cujas coordenadas espaciais, em determinado referencial, são constantes, ou seja, o objeto está em repouso em relação ao referencial. Da mesma forma, quando se diz que um corpo se desloca no espaço, trata-se de um corpo cujas coordenadas num referencial dado são variáveis. A noção de espaço, como a de movimento, é sempre relativa a um referencial espacial. Não existe, portanto, um padrão único ou absoluto de inércia.

A inexistência da inércia absoluta significa que não se pode afirmar que dois eventos ocorridos no mesmo lugar, mas em instantes diferentes, ocorreram realmente no mesmo lugar do espaço. Supondo por exemplo que uma bola ao quicar no interior de um trem em movimento toque o assoalho do veículo a cada segundo, ela será vista quicando sempre no mesmo lugar para um observador situado no interior do trem, ou seja, um observador para quem o assoalho do trem esteja em repouso relativo. Para um observador sentado à beira da estrada, no entanto, a bola vai quicar cada vez vários metros adiante da vez precedente, pois o assoalho do trem está em movimento em relação a ele.

O referencial espacial parece satisfatório para situar objetos, ou pontos, mas para situar os acontecimentos, ou os movimentos, é necessário acrescentar uma coordenada de tempo ao sistema de referência. Pode-se definir um referencial de espaço-tempo associando um relógio a cada ponto fixo de um sistema de coordenadas espaciais. Assim, se estabelece uma relação entre dois sistemas em movimento: caracteriza-se um evento ocorrido num sistema de comparação com outro evento, em outro sistema. O universo em que a coordenada de tempo de um sistema depende tanto da coordenada de tempo quando das coordenadas de espaço de um outro sistema em movimento relativo denomina-se universo de Minkowski e constitui a alteração essencial postulada pela teoria especial da relatividade em relação à física tradicional.

As noções de tempo e de repouso ficam também, dessa forma, associadas ao referencial, e se torna impossível afirmar a priori que o intervalo de tempo entre dois acontecimentos seja sempre, em todos os casos, independente do referencial. O que se pode afirmar é que se dois acontecimentos tiveram coordenadas de espaço (x, i e z) e de tempo (t) coincidentes, eles definem o mesmo ponto no espaço-tempo. O espaço-tempo é a única verdadeira idéia absoluta. A separação em duas noções diferentes -- espaço e tempo -- só é possível quando se escolhe um sistema de referência espacial: um acontecimento fica então localizado em relação a esse referencial. Mas, da mesma forma, pode-se escolher um sistema de quatro coordenadas. O acontecimento, assim, se torna em relação ao espaço-tempo, contínuo tetradimensional.

O universo de Minkowski contém uma classe distinta de sistemas de referência e tende a não ser afetado pela presença da matéria (massa) em seu interior. Em tal universo, todo conjunto de coordenadas, ou de eventos específicos de espaço-tempo, é descrito como um "aqui-agora", ou um ponto universal. Os intervalos aparentes de espaço e tempo entre eventos dependem da velocidade do observador, que não pode, em nenhum caso, exceder a velocidade da luz. Em qualquer sistema de referência inercial, todas as leis físicas permanecem inalteradas.