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“Estado da Arte”: Mecânica Quântica

 | 16/11/2015 |

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O programa Estado da Arte é produzido e apresentado por Marcelo Consentino, presidente do IFE e editor da revista Dicta & Contradicta. A cada edição três estudiosos põem em foco questões seminais da história da cultura, trazendo à pauta temas consagrados pela tradição humanista.
A seguir apresentamos a edição que foi ao ar em 07 de maio de 2015

Mecânica Quântica

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Ao fim do século XIX um jovem alemão, contemplando a carreira acadêmica, foi desaconselhado a se empenhar na física. À época o edifício da mecânica clássica erguido por Newton, Maxwell e outros parecia tão bem acabado, que cientistas como Lord Kelvin acreditaram que todas as grandes ideias da física já haviam sido descobertas, só restando trabalhar adornos e pormenores. Por sorte o estudante recusou o conselho e em 1900, já professor de física em Berlim, diria a seu filho que fez uma descoberta tão importante quanto as de Newton. Por mais que soasse grandiloquente, Max Planck falava a pura verdade. Buscando sair de um dilema em relação ao fenômeno da radiação, ele sugeriria que a emissão ou absorção subatômica se dá na forma de quantidades discretas de energia ou quanta.

A mecânica quântica descreve um mundo fantástico e desconcertante, onde uma partícula elementar parece ora se propagar como uma onda, ora surgir em dois lugares ao mesmo tempo, ora desaparecer em um e reaparecer em outro, ou mesmo interagir com uma outra partícula à distância, um fenômeno que o próprio Einstein – autor de um passo decisivo na teoria quântica ao demonstrar que também a luz é composta por quanta, ou fótons – previu em hipótese, mas que preferiu rejeitar como “assustador demais” para ser validado por um físico. As teorias sobre porque as coisas são assim variam das mais extravagantes, como a de uma pluralidade de mundos simultâneos, às mais prosaicas, como uma falha nos nossos cálculos, e não surpreende que o físico teórico Richard Feynman dissesse: “creio que posso afirmar com segurança que ninguém entende a mecânica quântica”.

Apesar disso, o aparato matemático quântico ainda é incomparável na sua capacidade de previsão, cada dia mais precisa, do comportamento das partículas elementares. E malgrado todos os desafios à nossa lógica ordinária e todas as controvérsias sobre porque o universo microscópico é assim, os resultados de laboratório só fazem confirmar: ele é assim – até que se prove o contrário, a matéria da qual todas as coisas são feitas é assim: fantástica e desconcertante.


Convidados

– Maria Cristina Batoni Abdalla: professora de Teoria Geral das Partículas e Campos da Universidade Estadual Paulista e autora de O Discreto Charme das Partículas Elementares.

– Osvaldo Pessoa: professor de História e Filosofia da Ciência da Universidade de São Paulo e autor de Conceitos de Física Quântica.

– Walter Pedra: professor do Departamento de Física Matemática da Universidade de São Paulo e coordenador do grupo de pesquisa de “Termodinâmica de Sistemas Quânticos de Corpos Não-Simétricos”.


Referências

  • Teoria Quântica (Quantum Theory – A Very Short Introduction) de John Polkinghorne (L&PM Pocket).
  • A Realidade Quântica (Quantum Reality – Beyond the New Physics) de Nick Herbert (Ed. Francisco Alves).
  • Dance of the Photons – From Einstein to Quantum Teleportation de Anton Zeilinger (Farrar, Straus and Giroux).
  • Teoria Quântica – Estudos Históricos e Implicações Culturais organizado por O. Freire Jr., O. Pessoa Jr. e J.L. Bromberg (Eduebp).
  • O Discreto Charme das Partículas Elementares de Maria Cristina Abdalla (Unesp).
  • “Fisica Quantistica” na Enciclopedia Filosofica Bompiani.
  • Quantum Mechanics” na Stanford Encyclopedia of Philosophy.
  • Les indispensables de la mécanique quantique de Roland Omnés (Odile Jacob).
  • Foundation of Quantum Mechanics organizado por B. D’Espagnat (Academic Pr.).
  • Quantum Theory and Measurement de A. Wheeler e W.H. Zurek (Princenton University Press).
  • The Conceptual Development of Quantum Mechanics de Max Jammer (McGraw Hill)
  • Mysteris, Puzzles and Paradoxes in Quantum Mechanics organizado por T.J. Coutts (AIP Conference Proceedings).
  • Lectures on Quantum Mechanics” videoconferência de Leonard Susskind.
  • O Problema da Interpretação da Mecânica Quântica” videoconferência de Walter Pedra.

Produção e apresentação
Marcelo Consentino

Produção técnica
Jukebox

Fonte: http://oestadodaarte.com.br/mecanica-quantica/

Considerações sobre a filosofia da ciência (por Gustavo Bravo)

 | 25/06/2015 |

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Na sociedade em que vivemos, nenhuma forma de conhecimento tem um peso tão grande quanto o da ciência. Classificar qualquer informação como sendo um dado científico é suficiente para que esse dado seja tratado na esfera pública como verdadeiro. Ciência e verdade são conceitos profundamente interligados em nosso senso comum. Temos muitos motivos para estabelecer essa associação: a capacidade de prever fenômenos de diversos tipos, as incontáveis realizações e inovações técnicas propiciadas pela química, a física e a medicina, a capacidade de explicação para eventos e processos que eram totalmente desconhecidos, e muitas outras coisas.

Mas se a eficácia dos métodos de previsão e transformação da realidade material empregada pelas diversas ciências é em larga medida incontestável, o estatuto propriamente epistemológico das ciências é bastante problemático. Ao dizer que o “estatuto epistemológico” da ciência é problemático, quero dizer que as relações entre ciência e verdade, bem como aquilo que torna a ciência natural um conhecimento diferente de outras formas de conhecimento é matéria de controvérsia entre os especialistas no assunto e que a imagem do mundo que a ciência nos mostra não está sujeita a uma única interpretação. Fazendo um panorama de alguns problemas levantados por filósofos da ciência, pretendo evidenciar que, apesar do sucesso pragmático da imagem científica do mundo, existem muitas questões complexas ainda não resolvidas em torno do conhecimento científico.

Uma primeira observação, feita por filósofos da ciência como Alan Chalmers (1939 – ), é que não basta apenas dizer que a ciência “funciona”, logo, ela é verdadeira. É preciso ter em mente que teorias erradas podem “funcionar”. A teoria geocêntrica (que afirmava ser a Terra o centro do universo) de Ptolomeu explicava e era capaz de dar conta de algumas das regularidades observadas na abóbada celeste, entretanto, ela estava errada e viria a ser substituída pela teoria heliocêntrica de Copérnico e Galileu. Mas não seria apenas o caso de mais observação, de mais capacidade explicativa, para corrigir a teoria? Acontece que nada exclui a possibilidade de duas teorias incompatíveis possuírem alto poder preditivo e explicativo para os mesmos fenômenos. No que diz respeito a observação, é interessante notar que observações feitas com propósito científico nunca são “puras”, independentes das teorias que as orientam, pois a própria seleção dos fatores e propriedades relevantes a serem observados e mensurados dependem de algum tipo de teoria – ainda que não muito desenvolvida – subjacente a prática observacional. No caso das realizações técnicas grandiosas, elas não são suficientes para provar que teorias científicas empregadas na sua realização são verdadeiras. Provavelmente os egípcios não possuíam os conhecimentos de física, arquitetura e engenharia que nós possuímos hoje, entretanto, construíram as pirâmides, que com toda certeza são algumas das mais impressionantes realizações arquitetônicas de todos os tempos. A questão sobre a “verdade” das teorias não pode ser resolvida mediante apelos simplistas sobre a eficácia técnica e/ou preditiva.

Ao longo do século XX, apoiado por considerações retiradas da história da ciência, Thomas Kuhn (1922 – 1996) defendeu – grosso modo ­– que aquilo que consideramos ciência hoje não foi sempre assim e que a ideia de que o conhecimento científico progride rumo a uma adequação cada vez mais exata com a realidade é um erro. Segundo Kuhn, os pesquisadores que partilham de pressupostos teóricos comuns e que orientam a sua atividade seguindo um programa com regras bem estabelecidas operam dentro de um paradigma, e a história da ciência é uma constante substituição de paradigmas por outros, sem que haja uma base puramente racional para afirmarmos que um paradigma é superior a outro. É o pertencimento a um paradigma estável e razoavelmente coerente que configura e diferencia o que é ciência do que não é. Neste sentido, a ciência aristotélica medieval não era pseudociência ou menos ciência do que a teoria da relatividade de Einstein, era apenas um paradigma diferente e incomensurável em relação a esta. Os critérios que fazem com que um paradigma seja adotado ou rejeitado sofrem influências de ordem social, como as necessidades econômicas e materiais da sociedade em questão ou o valor que se atribui a resolução de determinados problemas em vez de outros. A ciência possui períodos relativos de estabilidade assim como alguns períodos de crise, no qual alguns modelos teóricos e práticas são postos em cheque e são substituídos por outros.

Ainda que não concordemos com as teses elaboradas por Kuhn em A estrutura das Revoluções Científicas, seu relato da história da ciência nos faz perder o preconceito ingênuo de que a ciência naturalmente se desenvolve rumo a uma concepção cada vez mais verdadeira da realidade. A filosofia descritiva da ciência de Kuhn abriu o campo de investigações para a sociologia do conhecimento científico, uma disciplina voltada para a investigação das condições sociais da produção de conhecimentos científicos e que conta com nomes como Bruno Latour (1947 – ) e David Bloor (1942 – ).

Apesar das dificuldades de critérios de separação entre ciência e não ciência (o famoso problema da demarcação), um ponto relativamente pacífico é que teorias científicas são construções humanas que explicam e preveem eventos e empregam uma linguagem própria que carrega em si um sentido. Essas características colocam um problema clássico na filosofia, mas que ganha novos contornos na filosofia da ciência, que é o problema do estatuto epistemológico das teorias científicas. Tendemos, por força do hábito, a acreditar que quando um físico enuncia que o mundo está composto por partículas e ondas de tamanho ínfimo essas entidades existem realmente, e são independentes de nossas teorias sobre como as coisas funcionam. Partículas e ondas existiam desde a origem do universo, os cientistas é que demoraram a descobri-las. Nessa visão realista, teorias científicas descrevem a estrutura da realidade tal como ela é em si mesma. No entanto, as coisas não são tão simples assim, pois algumas entidades postuladas por teorias científicas como certas partículas e suas propriedades são completamente inobserváveis, como os quarks. Mas se elas não podem ser observadas o que é que torna válida e verdadeira a afirmação de que essas entidades realmente existem?

Em relação às entidades inobserváveis, os antirrealistas sustentam uma posição agnóstica: nós não podemos afirmar a existência dessas entidades, mas apenas utilizá-las como instrumentos teóricos para derivar certas conclusões empíricas e dar conta de certos fenômenos. Um dos argumentos mais conhecidos contra a posição antirrealista é o chamado “argumento sem milagres” elaborado por Hilary Putnam (1926 – ). Segundo esse argumento, a posição realista é a única que não faz do sucesso da ciência um milagre. Já que muitas de nossas teorias científicas são construídas com hipóteses que envolvem a existência de entidades de inobserváveis e essas teorias são empiricamente bem sucedidas (elas explicam fenômenos e são capazes de prever eventos), temos um indício forte de que essas entidades realmente existem. O argumento do milagre apela para a noção de sucesso empírico; entretanto, como já observei anteriormente, dizer que uma teoria funciona não significa dizer que ela é verdadeira, ou seja, não significa que ela descreve adequadamente aquilo que realmente existe e como existe. Muitos exemplos na história da ciência são utilizados pelos antirrealistas para mostrar que teorias falsas se adaptavam bem aos dados e previam consequências empiricamente observáveis, a já citada teoria de Ptolomeu é um exemplo disso. Os realistas respondem dizendo que, se os dados empíricos fossem adaptáveis a uma variedade muito grande de teorias diferentes esse realmente seria um ponto a favor dos antirrealistas, entretanto, na maioria dos casos é difícil encontrar uma teoria que dê conta dos fenômenos observados e que podemos elaborar critérios para determinar quais são as teorias mais adequadas aos dados como o poder explicativo, o poder preditivo e a simplicidade da explicação, por exemplo.

O debate intenso entre realistas e antirrealistas mostra que de forma alguma podemos tratar dados científicos como sendo pura e simplesmente verdadeiros, considerando como um dado evidente que a ciência procede através de um método rigoroso e testa amplamente suas conclusões e por isso seus resultados nos mostram realmente o que as coisas são. Entre os filósofos envolvidos com este debate estão Bas Van Fraassen (1941 – ), Stathis Psillos(1965 – ), Ian Hacking(1936 – ) e muitos outros.

Há ainda outra ordem de problemas que concerne à questão sobre quais são as condições ontológicas de possibilidade de qualquer teoria científica. Todas as ciências naturais operam com conceitos como o de causalidade, de classe e de lei. Todas são possíveis graças a algum tipo de ordem e regularidade encontradas na natureza, assim como a possibilidade da inteligência humana de representar essa ordem e essa regularidade através de modelos teóricos, muitas vezes de caráter matemático. Essas condições são pressupostos das teorias científicas e, por isso mesmo, não podem ser explicadas por elas. A física usa abundantemente a matemática na mensuração e quantificação de processos naturais, mas uma teoria que explique como é possível quantificar um evento que em si mesmo não é feito de números (por exemplo, a mensuração da atividade das moléculas de um gás) já não é mais uma teoria física, mas uma espécie de metateoria que vai além da física. Do mesmo modo, explicar o que é causalidade, o que é uma lei científica e o que é uma classe é algo que vai além das ciências particulares e que transcende a todas elas na medida em que seus objetos constituem a base de qualquer ciência natural possível. São problemas como esses, de ordem metacientífica, que estão no âmbito da filosofia e que são objetos de uma disciplina bastante recente chamada de “metafísica da ciência”.

Quando se postula algo como a “lei da gravidade” ou a “lei da inércia”, o que devemos entender por isso? É uma simples regularidade que ocorre e poderia não ocorrer no futuro ou é algo que necessariamente tem de ser assim dadas certas condições ambientes? A prática preditiva da ciência parece indicar que as leis que estruturam os processos naturais são necessárias e universais, caso contrário, a predição não seria possível e não passaria de um belo chute. Entretanto, a partir de que tipo de observação ou teoria científica poderíamos validar os conceitos de necessidade e de universalidade, uma vez que qualquer observação se limita a um evento particular, espaço-temporalmente circunscrito? A investigação desse tipo de questão depende da elaboração de conceitos puramente abstratos e pressupõe que a ciência é mais do que um simples instrumento para manipular a realidade, pressupõe que ao menos alguns dos enunciados científicos dizem respeito a realidades independentes de nossas representações, numa palavra, a metafísica da ciência pressupõe algum nível de realismo científico e ela é uma disciplina filosófica desenvolvida em um espírito de colaboração com as diversas ciências naturais, dado que suas especulações não são feitas no vazio, mas sobre os dados fornecidos pelas teorias científicas. São muitos os filósofos que se dedicaram e ainda continuam se dedicando à metafísica da ciência como Michel Ghins, Alexander Bird, E.J. Lowe (1950 – 2014), Wolfgang Smith(1930 – ), Nancy Cartwright(1944 – ) e Tim Maudlin(1958 – ) para citar apenas alguns.

Portanto, longe de possuir a transparência que o senso comum lhe atribui, a prática científica levanta uma série de questões muito interessantes e complexas de cunho propriamente filosófico que ainda estão distantes de consensos substanciais. É evidente que o médico, o físico e o engenheiro nunca precisarão de um filósofo da ciência para lhes dizer o que fazer, mas também é verdade que uma compreensão adequada da própria teoria e prática científica, de seus limites e de suas possibilidades, é fundamental se quisermos entender verdadeiramente o que a ciência está nos dizendo sobre o mundo.

 

Gustavo Bravo é graduado em Filosofia pela Faculdade de São Bento do Rio de Janeiro e professor de filosofia no ensino médio.

Publicado originalmente no site da Revista Dicta&Contradicta 

O Infinito (podcast)

 | 24/03/2015 |

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“Há um conceito que corrompe e altera todos os outros. Não falo do Mal, cujo limitado império é a Ética; falo do Infinito”, assim Jorge Luis Borges iniciava sua biografia do Infinito em Otras Inquisiciones. Oscilando entre os dois extremos do caos e da indefinição, por um lado, e da plenitude e da perfeição, por outro, a visão do infinito desperta o terror e o fascínio do coração humano desde as origens. Segundo o matemático David Hilbert, “nenhuma outra questão jamais moveu tão profundamente o espírito do homem; nenhuma ideia estimulou tão frutuosamente seu intelecto; ainda assim, nenhum conceito permanece tão necessitado de esclarecimento”. Por isso mesmo, o próprio Hilbert, referindo-se às especulações de seu colega Georg Cantor sobre o infinito, diria que “ninguém nos expulsará do paraíso que ele criou para nós”. Immanuel Kant, por sua vez, acreditava ter demonstrado por a + b que pela estrutura mesma da razão humana estamos condenados a sempre indagar e a jamais saber se o mundo é finito ou infinito. Já o poeta Giacomo Leopardi era taxativo: o infinito “é um parto da nossa imaginação, ao mesmo tempo da nossa pequeneza e da nossa soberba… um sonho, não uma realidade”, porque “não temos nenhuma prova da sua existência, sequer por analogia”. Para Descartes, contudo, era um fato insofismável que a ideia da perfeição infinita está inserida no mais íntimo do nosso ser, e por isso, deduziria Fichte, “o infinito aproximar-se do ‘sumo bem’ constitui o verdadeiro destino do homem”, “o sinal da nossa vocação à eternidade”. Não obstante, o senso comum continua a afirmar dia e noite que “tudo que é bom dura pouco”, e as ciências parecem comprovar que todas as coisas nesse mundo e nessa vida têm um fim – a começar por essa vida e por esse mundo… ou será que não?


Convidados

Alexandre Leone, rabino e professor do programa de pós-graduação de estudos judaicos e árabes da Faculdade de Filosofia da Universidade de São Paulo.

Fábio Bertato (membro do IFE Campinas), pesquisador do Centro de Lógica, Epistemologia e História da Ciência da Universidade Estadual de Campinas e membro da Sociedade Brasileira de História da Matemática e da Sociedade Brasileira de Lógica.

João Cortese, mestre em História e Filosofia da Ciência pela Universidade Paris 7 e pesquisador de filosofia da matemática na Universidade de São Paulo.


Ouça este Podcast sobre o Infinito CLICANDO AQUI.


Referências

  • Uma Breve História do Infinito (Achilles in the Quantum Universe: The Definitive History of Infinity) de Richard Morris (Zahar).
  • Infinity. New Research Frontiers, editado por M. Heller e W.H. Woodin (Cambridge University Press).
  • “Infinito”, “Infinito categorematico e sincategorematico”, “Infinito matematico”, “Analise infinitesimal” e outros na Enciclopedia Filosofica Bompiani.
  • Breve storia dell’infinito de Paolo Zellini (Adelphi).
  • O Infinito no Pensamento da Antiguidade Clássica (L’infinito nel pensiero dell’antichità clássica) de Rodolfo Mondolfo (Editora Mestre Jou).
  • Everything and More: A Compact History of the Infinity de David Foster Wallace (W.W. Norton)
  • L’infinito: un equivoco millenario. Le antiche civilità del Vicino Oriente e le origini del pensiero greco de Giovanni Semerano (Mondadori).
  • To Infinity and Beyond: a Cultural History of the Infinity (Princenton University). 
  • Infinito, transfinito, finito de J.D. Garcia Bacca (Anthropos).
  • Do mundo fechado ao universo infinito (Du monde clos à l’Univers infini) de Alexandre Koyré (Forense Universitária).
  • Figures de l’infini. Les mathématiques au miroir des cultures de Tony Levy (Seuil).
  • Unendlich: eine Untersuchung zur metaphysischen Wesenheit auf Grund der Mathematik, Philosophie, Theologie de Anton Antweiler (Herder).
  • Totalidade e Infinito (Totalité et infini: essai sur l’extériorité) de Emmanuel Levinas (Edições 70).

Produção e apresentação
Marcelo Consentino

Produção técnica
Echo’s Studio

8 de dezembro de 2014

Link: http://oestadodaarte.com.br/o-infinito/

A energia escura e o destino do Universo (por Mario Livio)

 | 16/02/2015 |

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Imagem de uma supernova


A composição do nosso Universo parece ser assaz estranha. Apenas 5% de toda a sua energia é feita de matéria conhecida – aqueles tipos de partículas que formam estrelas, planetas e pessoas. Cerca de 23% é “matéria escura”, possivelmente um tipo de partícula subatômica que nós ainda não identificamos em laboratório, mas cuja força gravitacional mantém as galáxias juntas. Os 72% restantes são ainda mais misteriosos: um tipo de “energia escura” que faz a expansão do Universo se acelerar.

Mas o que é esta energia escura? Sabemos que a sua densidade é praticamente constante no tempo e no espaço, mas não sabemos o que é de fato, e entender a verdadeira natureza dessa energia talvez seja o maior desafio da Física hoje.

A expansão cósmica

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Figura 1

Com centenas de bilhões de galáxias, o Universo observável é realmente grande, e vai ficando cada vez maior à medida que se expande. Mas nem todas as coisas do Universo estão em expansão: os átomos, as pessoas e mesmo as galáxias não estão. Com o passar do tempo, entretanto, o espaço entre galáxias distantes está cada vez maior.

A expectativa geral era de que a expansão cósmica diminuiria gradualmente, visto que as galáxias exercem a sua força gravitacional umas nas outras. Houve, portanto, uma imensa surpresa em 1998, quando duas equipes de astrônomos trabalhando independentemente anunciaram que a expansão estava na realidade ficando mais rápida. Ambas as equipes valeram-se da explosão das supernovas de tipo IA (ver figura 1). Essas explosões são tão brilhantes que podem ser vistas a uma distância de bilhões de anos-luz. A luz de um objeto que esteja, por exemplo, a cinco bilhões de anos-luz leva cinco bilhões de anos para chegar até nós; noutras palavras, observamos o Universo tal como ele era há cinco bilhões de anos. As supernovas foram encontradas mais longe do que se esperava para um Universo movido apenas pela inércia – o que indicava um sinal de aceleração.

A melhor explicação atual para a inesperada aceleração do Universo é a energia escura, uma forma de energia cuja densidade é praticamente ou talvez exatamente a mesma em toda a parte e sempre. Sua persistência proporcionaria uma força repulsiva constante ao Universo, acelerando assim a sua expansão.

Energia do vácuo?

A explicação mais aceita sobre a natureza da energia escura é a de que ela seria a energia do vácuo, uma energia perfeitamente uniforme presente nos espaços vazios em qualquer lugar do Universo. A autoria dessa idéia remonta a Einstein, que introduziu a “constante cosmológica” na sua Teoria da Relatividade Geral em 1917. Na época, os astrônomos pensaram que o Universo não estava nem em expansão nem em desaceleração, e ele então utilizou a constante cosmológica para compensar a atração gravitacional da matéria. Quando Edwin Hubble descobriu a expansão cósmica em 1929, Einstein percebeu que a constante cosmológica não era necessária e descartou o conceito, que viria depois a chamar (segundo o físico George Gamow) de “o seu mais crasso erro científico”.

A energia do vácuo não é um gás, um fluido ou qualquer outro tipo de substância; está mais para uma propriedade do espaço-tempo em si. É simplesmente a quantidade mínima de energia presente em qualquer região do espaço, a energia que permanece quando removemos todo o tipo de “tralha” daquela região. Na relatividade geral, essa quantidade pode ser positiva ou negativa, sem qualquer razão especial para ser zero.

O mundo microscópico obedece as leis da mecânica quântica, que proclamam que o nosso entendimento do estado de qualquer sistema envolve uma inevitável incerteza (o famoso princípio da incerteza de Werner Heisenberg). Os campos de energia, portanto, flutuarão mesmo no espaço vazio, uma vez que não podemos determinar que o espaço vazio possui zero de energia. Nessas “flutuações do vácuo”, partículas virtuais aparecem e desaparecem em frações de segundo. Tais partículas contribuem para a energia do vácuo, mas não são a sua única causa, uma vez que a relatividade geral permite-nos assumir uma energia do vácuo arbitrária sem levar em conta essas flutuações. Einstein com certeza não estava pensando em partículas virtuais quando concebeu a constante cosmológica.

Se a energia escura observada for realmente energia do vácuo, então será muito pouca: a quantidade dela dentro do volume da Terra não é maior que a média anual de consumo de eletricidade no Brasil. De fato, a energia escura observada está mais de cento e vinte ordens de grandeza abaixo das mais ingênuas estimativas para o seu valor.

Seria a quintessência?

Uma vez que a energia do vácuo parece ser diminuta, seria mais fácil inventar uma teoria que a considere nula do que uma que a reduz ao valor exato observado. Uma suposição é a de que a energia escura observada não é a energia do vácuo, mas alguma outra forma sutil que evolui lentamente.

Vários candidatos foram apresentados, mas nenhum parece ser completamente natural. Um dos favoritos é aquintessência, um campo invisível (similar aos campos eletromagnético e gravitacional) que muda lentamente à medida que o Universo se expande. Imagino que quando Universo tinha apenas frações de segundo de existência, talvez um tipo de campo similar à quintessência o tenha inflado, só que com muito mais energia. A energia que desencadeou a expansão acabou por tornar-se matéria e radiação, também em frações de segundo após o Big Bang.

Uma dos principais objetivos da cosmologia contemporânea é determinar se a energia escura é dinâmica como a quintessência ou algo estritamente constante como a energia do vácuo. A evolução da energia escura afetam diretamente a expansão cósmica, de modo que os cosmólogos vêm empenhando-se para mapear a história da expansão com o maior cuidado possível. Os limites da evolução da energia escura são freqüentemente postos em termos do “parâmetro de equação de estado”, simbolizados por w, que é a pressão da energia escura dividida pela densidade da sua energia. Se a energia escura é pura energia do vácuo invariável, a medida de w será exatamente igual a –1.

Um método óbvio para a mensuração do valor de w é continuar com a observação de supernovas tipo IA, só que com mais precisão e usando números de maior grandeza. Medidas futuras da radiação cósmica de fundo e das oscilações acústicas dos bárions – flutuações na distribuição comum da matéria que se manifestam no modelo em larga escala do Universo – também ajudarão a compreender a natureza da energia escura.

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Figura 2

Os cosmólogos também esperam usar a quantidade e a evolução dos conglomerados de galáxias como pontas de prova da expansão cósmica (ver figura 2). A história da expansão determina quantos conglomerados podem ser formados e quão grandes eles podem ser. Há gás quente nos conglomerados, e os astrônomos podem estudá-los diretamente por meio da emissão de raio-X do material. A temperatura do gás está intimamente relacionada com a massa do conglomerado. Conglomerados com muita massa podem reter gás muito quente, ao passo que o gás escapa dos conglomerados menores como vapor de uma chaleira. Com todos esses métodos diferentes, e talvez futuras missões espaciais, podemos esperar para os próximos anos uma maior riqueza de dados acerca da expansão cósmica.

O destino do Universo

Sabemos desde 1998 que Universo está se expandindo aceleradamente. Mas será que essa aceleração continuará para sempre? Em caso afirmativo, qual será o destino dos conglomerados de galáxias, das galáxias e das estrelas? A resposta a essas questões depende de um intrincado equilíbrio entre a geometria do Universo e as propriedades dessa forma sutil de energia, apelidada “Energia escura”, que permeia todo o espaço.

O papel da geometria

Num cosmo sem energia escura, a relatividade geral enuncia que o destino último do Universo é total e inequivocadamente determinado pela sua geometria [N.E.: aqui na revista impressa havia uma imagem ilustrativa “Figura 3”, mas não conseguimos recuperá-la]. Um Universo com curvatura positiva, como a superfície de uma esfera, acabará por implodir (tal Universo é dito fechado). Um Universo geometricamente plano (euclidiano) ou com curvatura negativa, como a superfície de uma sela, expande-se indefinidamente (trata-se de um Universo aberto).

A existência da energia escura complica consideravelmente a situação. Se ela é de fato a energia associada com o vácuo – uma possibilidade que se mostra consistente diante das últimas observações das supernovas, dos conglomerados de galáxias e da radiação cósmica de fundo –, então a sua densidade de energia permanece constante, ao passo que as densidades de energia tanto da matéria e a da radiação diminuem continuamente na medida em que o Universo se expande. Isso quer dizer que a energia escura começa a preponderar quando o Universo se torna suficientemente extenso. Para um parâmetro de equação de estado w = –1, caracterizando o vácuo, dá-se a dominância da energia escura independentemente do sinal da curvatura geométrica. Uma vez que a energia escura produz uma força repulsiva à gravidade, a expansão cósmica começa a se acelerar, tal como observamos hoje no nosso Universo.

Se a expansão do nosso Universo é regida pela energia do vácuo, então continuará a se acelerar, resultando eventualmente num desvio para o vermelho: todas as galáxias que estiverem mais distantes do que as duas dúzias que formam, aproximadamente, o nosso Grupo Local irão tão longe que não se poderá mais detectá-las. Noutras palavras, os astrônomos vivendo na Via Láctea daqui a 100 bilhões de anos não serão capazes de observar nenhuma galáxia fora do nosso Grupo Local. De fato, tais astrônomos (supondo que existam então) sequer serão capazes de observar a radiação cósmica de fundo, porque também ela sofrerá um desvio para o vermelho.

Tamanho isolamento cósmico e a morte final num “grande resfriamento” não é o pior dos possíveis destinos do Universo.

O “big rip” e outros destinos possíveis

Se a energia escura não for a energia do vácuo, mas em vez disso estiver associada a algum tipo de campo de quintessência, sendo caracterizada por um parâmetro de equação de estado w menor (mais negativo) que –1, então a densidade de energia da energia escura crescerá com o tempo. Nesse caso, quando a densidade da energia escura exceder a dos conglomerados de galáxias, estes desintegrar-se-ão. O mesmo destino terão as estrelas, os planetas, as pessoas, os átomos e mesmo os núcleos atômicos. Nenhuma estrutura sobreviverá à crescente densidade da energia escura. O Universo acabará naquilo que foi batizado de big rip (“o grande rasgo”).

Há possibilidades menos extremas relacionadas com a energia escura na forma de um campo escalar quando w é maior(menos negativo) que –1. Geralmente espera-se do campo escalar que diminua a sua energia potencial assim como uma bola de gude diminuiria a sua energia rolando pelas laterais de uma tigela, acabando por repousar quanto atingisse a sua energia potencial mínima. Nesse caso, o destino do Universo depende do valor desse mínimo de energia potencial. Num Universo como o nosso, onde apenas a matéria não é suficiente para torná-lo geometricamente plano, qualquer valor positivo causaria uma expansão acelerada, e o mesmo desvio para o vermelho ocasionado pela energia do vácuo aconteceria. Uma energia potencial mínima que é exatamente igual a zero asseguraria um novo domínio da matéria em algum ponto do futuro, e o Universo começaria a se desacelerar. Nesse caso, o destino será determinado pela geometria do Universo, como no caso de um Universo sem energia escura. Por fim, se a energia potencial mínima for negativa, acabará por ocorrer a implosão do Universo, não importando a sua geometria.

As complicações trazidas pela presença da energia escura são tamanhas que é essencialmente impossível determinar o destino do Universo a partir apenas de observações. Imaginemos, por exemplo, que no nosso Universo a densidade da energia escura fosse de apenas um trilionésimo da densidade da matéria – muitas ordens de grandeza abaixo de qualquer detecção. Ainda assim, após ele ter se expandido por um outro fator de dez mil, a energia escura transformar-se-ia na forma de energia dominante – aquela que selaria o  seu destino. Por conseguinte, não seremos capazes de conhecer o destino do nosso Universo com certeza até sermos capazes de complementar as observações com uma teoria confiável que nos permita entender a própria natureza e as propriedades específicas da energia escura.

Há ainda outro ponto digno de nota. A composição do Universo, com os seus 5% de matéria normal (bariônica), 23% de matéria escura e 72% de energia escura, parece ser bastante arbitrária. Assim, há físicos que pensam estarmos completamente equivocados. Talvez a energia escura não exista realmente; talvez as nossas teorias da gravidade e da relatividade geral não dêem conta das escalas cosmológicas. Algumas teorias alternativas da gravidade foram aventadas partindo-se dessa linha. Boa parte delas envolve dimensões extras, além das nossas três dimensões de espaço e uma de tempo. Até agora, não houve rachaduras experimentais ou observacionais na relatividade geral. Mas a experiência passada ensina-nos a sempre esperar o inesperado.

Mario Livio é astrônomo sênior e chefe do departamento de relações públicas do Space Telescope Science Institute, entidade responsável pelo programa do telescópio espacial Hubble. Publicou mais de 400 artigos científicos acerca de uma grande variedade de temas de Astrofísica, bem como quatro livros de divulgação, dos quais dois (Razão Áurea: a história de fi e A equação que ninguém conseguia resolver) já foram publicados no Brasil pela editora Record. O seu livro Is God a Mathematician? está prestes a ser publicado aqui pela mesma casa.

Tradução de Cristian Clemente.

***Texto originalmente publicado na revista-livro do IFE, Dicta&Contradicta, nº 4, Dez/2009. Disponível [online] no site da revista no link: http://www.dicta.com.br/edicoes/edicao-4/a-energia-escura-e-o-destino-do-universo/

**Fonte da imagem principal: NASA/ESA Uploaded by Metrónomo, “Hubble Space Telescope-Image of Supernova 1994D (SN1994D) in galaxy NGC 4526 (SN 1994D is the bright spot on the lower left)”. Link: http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#mediaviewer/File:SN1994D.jpg

**Fonte da Figura 1: NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes et al. Link: http://it.wikipedia.org/wiki/Supernova_di_tipo_Ia#mediaviewer/File:Tycho-supernova-xray.jpg

**Fonte da Figura 2: NASA/WMAP Science TeamOriginal version: NASA; modified by Ryan Kaldari. Link: http://en.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space#mediaviewer/File:CMB_Timeline300_no_WMAP.jpg

The Rise of Early Modern Science (resenha)

 | 17/11/2014 |

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The rise of early

The Rise of Early Modern Science: 

Islam, China, and the West

Toby E. Huff

Cambridge: Cambridge University Press, 2003,

409pages. $18.95 paperback (ISBN0-521-49833-3).

 

Este estudo examina a longa questão posta acerca dos motivos pelos quais a ciência moderna surgiu e se desenvolveu no Ocidente e não nas civilizações islâmica e chinesa, apesar do fato que estas civilizações fossem cientificamente mais avançadas à época. Para explicar essa virada científica e civilizacional, Huff explora os contextos culturais – religioso, legal, filosófico e institucional – nos quais a ciência era praticada no Oriente Médio, na China e no Ocidente. Ele descobre, por meio da investigação da história do direito e da revolução cultural europeia dos séculos XII e XIII, as principais pistas que conduziram às razões pelas quais um ethos científico surgiu no Ocidente, criando as condições favoráveis para um exclusivo boom da moderna ciência somente na Europa e, depois, na América. Esta tese central conduz o leitor para novas e intrigantes ideias sobre o conceito legal e a teoria moral da corporação, o qual é única no mundo ocidental e que fomentou o advento dos conceitos de espaço coletivo, de universitas e de livre investigação racional.

Resenha por Scott B. Noegel, Ph.D. Universidade de Washington, Seattle

Tradução de Beatriz Resende

Revisão de André Fernandes

O intrigante estudo de Huff em sociologia histórica e comparativa visa responder uma questão debatida há tempos: as razões pelas quais uma revolução científica ocorreu no início da Europa moderna no século XIII, apesar do fato de as civilizações islâmica e chinesa serem tecnologicamente muito superiores à época. Os astrônomos muçulmanos al-Tusi e Ibn-Shatir, por exemplo, tinham desprezado a astronomia ptolomaica em favor de um modelo matemático que antecipou o de Copérnico (embora o modelo islâmico não fosse heliocêntrico).

Similarmente, deram-se os avanços islâmicos na área da ótica, que em muito superaram os do Ocidente antes de 1300. A China também era tecnologicamente mais avançada do que o Ocidente, especialmente em matemática, mas assim como a ciência islâmica, não conseguiu progredir de forma significativa depois do século XIV. Ao aprofundar as obras de Max Weber, Thomas Kuhn, Joseph Needham, Robert Merton e, seu próprio mentor, Benjamin Nelson, Toby Huff aborda a questão dos motivos pelos quais o Ocidente, e não o Oriente, deu origem à revolução científica, estabelecendo os contextos legal, social, filosófico e teológico das respectivas culturas.

É de especial interesse para Huff a forma como os valores culturais subjacentes e a dinâmica de cada sociedade serviram para inibir ou catalisar o avanço científico. Huff observa: “Então, eu argumentaria que, na medida em que podemos falar de uma instituição específica da ciência, seus agentes normativos são derivados de um ambiente cultural muito mais amplo e, acima de tudo, apoiam-se em pressuposições religiosas e legais que antecedem em longa data o surgimento da ciência moderna no século XVII” (p. 25).

Fundamental na análise de Huff é o papel das crenças medievais em contribuir para a transformação das instituições jurídicas europeias nos séculos XII e XIII. Aqui, Huff dá crédito ao surgimento de corporações autônomas pelo advento de investigações racionais autônomas. A corporação que Huff destaca como sendo a mais importante desses avanços é a universidade. Na visão de Huff, é exclusivamente a universidade que incentivou a busca por verdades universais e que preparou o cenário para transformações.

Consequentemente, o formato corporativo das universidades europeias com sua certificação corporativa do conhecimento, em última análise, serviu para promover uma visão de mundo universalista de verdades racionais que transcendem o indivíduo. Huff afirma: “Enquanto os sistemas jurídicos ocidentais haviam adotado a razão e a consciência em adição à ideia da lei natural como fim último para aceitar ou rejeitar uma prática jurídica específica ou um princípio, a lei islâmica optou pela tradição e pelo consenso acadêmico” (p. 133).

Continua Huff: “Por essa razão, a filosofia e os trabalhos científicos gregos foram incluídos e incorporados no currículo universitário. De fato, alguns diriam que foi a herança grega do pensamento intelectual, sobretudo seu compromisso com o diálogo racional e com a tomada de decisão por meio da lógica e da argumentação, que determinou, daí por diante, o caminho para o desenvolvimento intelectual no Ocidente” (p. 133).

Por outro lado, Huff argumenta que a civilização islâmica sofria de uma incapacidade de conciliar a investigação racional com sua teologia. Sua ênfase na “lei sagrada” shari’a, “estabeleceu de uma vez por todas os padrões de conduta e de gestão adequada dos assuntos humanos para todos os muçulmanos” (p. 67). A ciência e a filosofia grega eram toleradas apenas na medida em que serviram para ressaltar a concepção da natureza e das relações humanas segundo o Alcorão.

O pensamento jurídico, filosófico e teológico autônomos eram desaprovados. Huff expressa-o da seguinte forma: “Inovação, em questões religiosas, era equivalente a heresia” (p.117). Consequentemente, as instituições jurídicas e educacionais que surgiram no início da civilização ocidental não apareceram no Oriente islâmico. Além disso, o foco educacional das madrassas era na lei islâmica e na lógica; as ciências permaneceram nas mãos dos instrutores particulares. Assim, não houve certificação corporativa do conhecimento, apenas a certificação de instrutores individuais.

Embora Huff admita que a China era mais avançada do que o Ocidente em matemática, ele também dá um passo adiante ao separar “ciência” da “tecnologia” (e, de fato, estes empreendimentos eram diferenciados até o século XX) e ao caracterizar o avanço matemático chinês como um progresso na tecnologia. Isso lhe permite manter o seu argumento de que a civilização chinesa não avançou cientificamente. Os fatores responsáveis pelo declínio no progresso científico chinês, de acordo com Huff, eram um tanto diferentes daqueles do mundo islâmico.

“Enquanto os chineses reconheceram um tipo de direito positivo promulgado pelos homens, seu maior compromisso é com o li, com os ritos sagrados do passado, e esse compromisso está enraizado em poderosas pressuposições interligadas” (p. 263). Além disso, enquanto o governo chinês exerceu esforços para inibir a investigações racionais, originais e autônomas, o avanço científico chinês foi igualmente prejudicado pela falta de um sistema euclidiano de provas, bem como os avanços correspondentes da astronomia.

De acordo com Huff, a civilização chinesa também sofria de uma inacessibilidade à ciência e à filosofia grega e de uma disposição intelectual para modos de pensar que preferia explorar as relações entre os pares de opostos à determinação de suas causas. “Ao invés de avançar em direção a modos mecânicos e causais de pensar que reconheciam as forças naturais impessoais, o impulso chinês foi sempre para a criação de uma visão de mundo harmoniosa que ligasse todas as forças e elementos em uma harmonia cósmica centrada no homem” (p.299). Adicionalmente, e de certa forma, como consequência, o governo chinês colocou ênfase na manutenção de uma administração ordenada e efetiva.

“Ao mesmo tempo, o pensamento chinês enfatizava a importância de preservar as tradições exemplares que refletiam a realização harmoniosa do Tao, através da responsabilidade coletiva. Enquanto todas as pessoas são chamadas a viver uma vida exemplar, o imperador e seus funcionários têm a obrigação primordial de ordenar corretamente suas condutas (e assuntos de Estado), para facilitar a ordenação correta do mundo social em harmonia com a natureza” (p. 271).

Assim, conclui Huff: “O problema com a ciência chinesa não se dava fundamentalmente pelo fato de ser tecnologicamente falha, mas que as autoridades chinesas nem criavam nem toleravam instituições de ensino superior independentes, dentro das quais estudiosos imparciais podiam ir em busca de suas inspirações” (318 p.). Portanto, ao contrário do Ocidente, que tolerava investigação racional independente, o mundo nascente da investigação científica islâmica e chinesa foi inerentemente preparado para o declínio.

Embora este trabalho contribua, principalmente, para a nossa compreensão do quão poderosas as dinâmicas sociais, intelectuais e teológicas são para determinar o ethos e o avanço científico de uma civilização, por outro lado, também merece um comentário crítico. Acima de tudo, a temática mais importante é a questão iminente proposta pela tese de Huff, isto é, se aceitarmos a resposta abundante e convincente de Huff do porquê a ciência islâmica e chinesa estagnou após o século XIII, também devemos perguntar como as civilizações islâmica e chinesa ascenderam à superioridade tecnológica e científica antes de 1300.

Se as civilizações islâmica e chinesa não estavam legal, intelectual e teologicamente propensas ao avanço, como elas avançaram primeiro? A abordagem evolucionária de Huff no que diz respeito ao avanço científico é igualmente problemática em alguns ponto. Seu tratamento do avanço científico ocidental, por exemplo, baseia-se na noção de que a história da ciência é de alguma forma uma progressão linear e estática.

Certamente, isso é um paradigma demasiado simplista, que trai as “poderosas suposições interligadas” (p. 263) da época de Huff, e que negligencia momentos históricos periódicos de regressão científica, como a rejeição dos humanistas do currículo escolástico em favor dos textos da antiguidade clássica.

Além disso, a chamada “revolução científica” dos anos 1600 apareceu na época, não como um estágio evolutivo de uma cadeia sempre progressiva de acontecimentos, mas como uma reação automática a um longo período de repressão e declínio. No entanto, a abordagem de Huff aos avanços científicos islâmicos e chineses assume uma posição oposta e sugere que vejamos as instituições e as teologias islâmicas e chinesas como imutáveis.

Por exemplo, Huff argumenta que as madrassas não poderiam se tornar corporações, porque elas estavam legalmente obrigadas às intenções de seus fundadores. Porém, historicamente, este não é o caso, pois as intenções dos fundadores institucionais islâmicos poderia ser, e muitas vezes eram, suplantados pelas necessidades dos contemporâneos da instituição (como demonstra a leitura através de estudos sobre os primeiros fatwas).

Similarmente, a discussão de Huff do pensamento chinês aparece, às vezes, tendenciosamente seletiva. Por exemplo, o trabalho não presta atenção às lutas frequentes e informativas entre facções, como os budistas e confucionistas. Tal tratamento monolítico dos sistemas de crenças islâmicas e chinesas obscurece as correntes intelectuais multifacetadas e muitas vezes significantes que fundamentam a sua tese.

Consequentemente, embora não intencional, percebe-se, nas generalizações frequentes de Huff, noções latentes de incontestável superioridade cultural. Da mesma forma, e isso volta ao tratamento de Huff do avanço científico como linearmente progressivo, a questão que este trabalho tenta responder tem como premissa um otimismo científico evidente e um pressuposto de que o avanço cultural pode ser avaliado ou medido pela produção científica de uma civilização, o que nem sempre é verdadeiro.

No entanto, não se pode deixar de ficar impressionado com a enorme amplitude e o exímio domínio da literatura primária e secundária de Huff. Sempre bem argumentada e documentada em detalhe, este livro demonstra a utilidade de uma perspectiva holística para explicar a dinâmica da mudança cultural e científica. Eu recomendo este trabalho para estudantes universitários avançados interessados em se engajar nas difíceis questões que enfrenta o sociólogo da ciência.