Enigmas da Ciência

Na orla extrema de uma região do Universo densamente povoada por estrelas e por outros corpos celestes - a Via Láctea - a humanidade e muitos outros seres habitam o terceiro planeta de um maravilhoso Sistema Solar. De modo semelhante à sucessão dos dias e das noites, todos os seres terrestres nascem e morrem em ciclos intermináveis de renovação. Durante as suas vidas, os seres humanos questionam-se sobre o Universo que os abriga e sobre eles próprios, contemplam, reflectem e investigam. O Universo é também palco de muitas outras galáxias mas, da sua história, nada sabemos directamente: apenas adivinhamos, por analogia com o que vemos no nosso mundo. O desconhecido é incomensurável…

É certo que os limites do conhecimento são permanentemente revogados e substituídos por outros, alargados por novas descobertas científicas e aprofundados pela imaginação e pela lógica. Porém, existem muitas questões em aberto - algumas recentes, outras presentes desde sempre -, intrigantes para o observador mais atento.
Afloraremos, de seguida, apenas algumas das interrogações mais enigmáticas a que nos conduz o conhecimento científico actual.
Sobre as coisas de que são feitas todas as coisas
Estamos habituados a considerar que toda e qualquer coisa que exista é (sempre) feita de alguma coisa. Uma mesa, por exemplo, é feita de madeira; a madeira provém dos troncos das árvores; os troncos apresentam várias camadas de tecidos; os tecidos são formados por um número imenso de células; as células subdividem-se em várias partes e estas são constituídas por moléculas com diferentes estruturas e funções. Até chegarmos à dimensão das moléculas,1 o espaço ocupado pela madeira da mesa parece densamente preenchido. Contudo, elas não são fracções densas de matéria; são constituídas por átomos (uns pedaços mais pequenos), bastante afastados uns dos outros (à sua escala relativa, é claro) e mantidos coesos por forças de tipo eléctrico.
ÃL;€ escala mais pequena as coisas são, portanto, descontínuas, visto que são formadas por partículas separadas por espaços aparentemente vazios. (Um pouco à semelhança das galáxias espalhadas pelo Universo…). Mas as surpresas não se ficaram por aqui. Descobriu-se, ainda, que os átomos se dividem num núcleo e em electrões, sendo os núcleos agregados de duas outras partículas: os protões e os neutrões. Em meados do século XX pensava-se serem essas as mais pequeninas e internas partículas constituintes das coisas materiais. Contudo, as últimas décadas do século passado revelaram que elas ainda se dividem noutras menores, os quarks!
Os físicos dedicaram-se então a organizar um coerente edifício com as características das diferentes partículas e forças na construção dos blocos fundamentais da Natureza. Tudo (previsão e experimentação) parecia encaixar-se… No entanto, antes do edifício ficar pronto e do séc. XXI despontar, um grupo de cientistas dedicados ao problema da unificação da relatividade geral e da teoria quântica do campo, num golpe de criatividade e especulação científica, propôs que todas essas partículas fossem ainda o resultado da associação de entidades muito mais minúsculas, pequeníssimas vibrações de pura energia, ressoando em diferentes acordes. Essas entidades tornaram-se conhecidas pela designação, algo infeliz, de “supercordas”2.
Dado o percurso seguido até aqui, é legítimo perguntarmos: serão esses acordes os mais internos constituintes de todas as coisas? Ou ainda não? Terá fim esta progressiva subdivisão das coisas materiais?… Afinal, de que somos feitos, de que são feitas todas as coisas se, de tanto dividir, nada de material parece restar???…
Ao investigarmos tão dentro e tão pequeno quanto os nossos instrumentos o vão permitindo, têm sido descobertas muitas outras partículas (mais de uma centena!) para além das referidas anteriormente. Na maior parte dos casos, o papel destas partículas na Natureza não está ainda esclarecido. Para que servem? Como se entende a sua existência na economia da Natureza? Poderão elas constituir uma espécie de tecido do espaço-tempo?… Um substrato invisível que sustentaria, e onde se desenvolveria, o Universo nas suas formas mais organizadas?…

Sobre o universo
Se a compreensão do Universo em que vivemos é, desde sempre, um dos maiores desafios da Ciência e da própria Humanidade, sem dúvida que os desenvolvimentos do último século nos forneceram pistas preciosas, revolucionando extraordinariamente as convicções comuns até então, nomeadamente a de que o Universo era estático e infinito. Como é do conhecimento geral, hoje admite-se que o Universo tem cerca de 15 mil milhões de anos e que está em expansão, embora não se saiba se esse movimento é eterno ou se um dia cessará, nem mesmo se virá a inverter-se, provocando a contracção do Universo sobre si próprio 3, 4.
A descoberta de que o Universo está em movimento de expansão, credibilizada por três importantes investigações cosmológicas 5, fez desenvolver a teoria de que ele teve um começo violento, o big bang 6, num dado instante do passado muito longínquo. Essa explosão teria projectado, a enorme velocidade, o conteúdo do embrião universal para um movimento de expansão, arrefecimento e condensação material em todas as direcções, no qual hoje o Universo ainda se encontra. O tratamento físico-matemático desse instante inicial do big bang é actualmente impossível. De facto, nesse ponto/instante, a temperatura e densidade seriam infinitas, não sendo válidas, nessas circunstâncias, as leis da física estabelecidas.
Admitindo que o big bang tem aluma realidade, não podemos deixar de nos colocar algumas questões: O que existia antes do big bang? O que fez, num dado instante, explodir o embrião universal? E explodiu para um Espaço-Tempo que já existia(m) previamente? Ou tudo - espaço, tempo, matéria - aparece com o big bang?…

Sobre a vida e a autoconsciência
Certamente que um dos maiores enigmas da Ciência está bem patente na dificuldade que temos em responder à pergunta: “O que é a VIDA?” Poucas questões nos fazem gaguejar e rodopiar tanto à volta das mesmas palavras como esta. A Ciência não vai além de afirmar que a Vida é a qualidade que anima os seres vivos (!), identificando propriedades comuns às diferentes manifestações da vida e descrevendo condições essenciais (água, atmosfera, etc. 7) para o seu desenvolvimento e auto-reprodução. A dificuldade em responder à pergunta “o que é a Vida?”, reflecte-se também na questão “como apareceu a Vida?” e em determinar a partir de quando se deve considerar que uma determinada estrutura orgânica é um organismo vivo.
Recentemente estimulado pela confirmação da presença de água no solo de Marte, há, também, esse enigma de sempre sobre a existência, ou não, de vida extraterrestre. A Humanidade persegue, literalmente, esta interrogação! Enviam-se mensagens para o espaço, põem-se telescópios em órbita, projectam-se programas espaciais com décadas de antecedência, colocam-se robots em planetas para onde os seres humanos não podem ainda viajar e buscam-se, por todos os meios possíveis e imagináveis, indícios que nos façam perceber se a existência de seres vivos noutros lugares do Cosmos alguma vez foi, é ou poderá ser viável.
Para explicar a evolução das espécies e o aparecimento do homem, admite-se maioritariamente, no âmbito da Biologia, como mais provável a chamada Teoria Sintética da Evolução, também conhecida por Neodarwinismo. Ela completa as ideias essenciais de Darwin sobre a selecção natural (os organismos melhor adaptados ao meio têm mais hipóteses de sobrevivência, deixando um maior número de descendentes) com conceitos modernos da genética. A esta luz, a evolução do ser humano ter-se-ia delineado a partir da de outro antropóide e a escolha actual recai sobre o chimpanzé, por ser aquele que apresenta, relativamente ao homem, menos diferenças no ADN 8 (cerca de 1,6%). É claro que estes desenvolvimentos da Ciência levantam polémicas de todo o tipo. A maior delas prende-se com o aparecimento e desenvolvimento da autoconsciência na passagem do antropóide animal ao animal superior homem..
Como é que esse processo evolutivo no ser humano faz despontar a consciência de si mesmo? “… talvez mais complexo e mais fascinante do que o Universo na sua imparável evolução, seja o cérebro humano com os seus milhares de milhões de ligações neuronais e a sua autocriação por um longo processo evolutivo.” 9 Apesar do significativo interesse de alguns sectores da comunidade científica por filosofias espirituais com concepções diferentes, registado ao longo do último século, continua a ser um facto que cientistas renomados estão convencidos de que a autoconsciência (por vezes designando-a por alma, mente ou espírito, o lado menos material do ser humano) tem sede na actividade cerebral e que o enigma está em perceber como é que ela se desencadeia e processa. Eis alguns exemplos:
- “Como é que o corpo segrega a alma, ou como é que o cérebro segrega a mente, eis a questão, eis o grande mistério.” - E. SchrÃL;¶dinger 10
- “No começo de um novo milénio, é claro que há uma questão que sobressai acima de todas as outras ciências da vida: como é que o conjunto de processos que denominamos espírito emerge da actividade do órgão que denominamos cérebro?” - A. Damásio 11
- “… a maioria dos neurocientistas hoje acredita que todos os aspectos do espírito, incluindo o seu atributo mais requintado - a consciência de si - serão muito provavelmente explicados de uma forma mais materialista, como resultado do comportamento de grandes conjuntos de neurónios em interacção.” - F. Crick e C. Koch 12
Também há, no meio científico, quem receie que a compreensão da actividade nobre do ser humano a reduza, “dê cabo” do espírito, mas António Damásio contesta: “O espírito sobreviverá à explicação, da mesma maneira que o perfume da rosa, desvendada a sua estrutura molecular, continua a transmitir-nos o seu cheiro delicado.” 11

Sobre a Matemática e a Geometria
A Matemática é, sem dúvida, uma das ciências mais notáveis. Ela constitui uma linguagem admirável que se desenvolve por si mesma, pelo puro prazer da lógica, do raciocínio, do cálculo, da abstracção… Embora não tenha de se preocupar com a aplicação directa dos desenvolvimentos em outros domínios do conhecimento, na verdade, a matemática proporciona às diferentes ciências a possibilidade de traduzirem as suas teorias e conclusões na mais sintética e rigorosa das linguagens.
Há, porém, um enigma de sempre. A Matemática é um mero instrumento de conhecimento, criado pela humanidade para ajudar a descrever a Natureza e a vivermos nela? Ou a Matemática é A linguagem da própria Natureza, nela impressa e com ela se identificando, e a ciência matemática, como todas as outras, mais não faz do que tentar descobri-la?…
Nas últimas duas décadas do século XX, desenvolveu-se uma nova área da matemática, conhecida por geometria fractal. Enquanto a geometria euclidiana trabalha com objectos que existem num número inteiro de dimensões (a linha, numa dimensão; a elipse, em duas dimensões; a esfera, em três dimensões, etc.), a geometria fractal está relacionada com objectos (fractais) que existem em dimensões fraccionárias. Um fractal é uma figura geométrica irregular, gerada por um algoritmo matemático 13 simples e que, para além de ter dimensão fraccionária, tem outra importante propriedade: as imagens muito ampliadas dos fractais são essencialmente indistinguíveis da versão não ampliada (fig. 1). Ou seja, o fractal é invariante relativamente à escala, propriedade conhecida por auto-semelhança.
Como se conclui, essa propriedade da invariância de escala permite conhecer a estrutura do todo pela ampliação da parte e mesmo tomar essa parte como unidade de construção do objecto global, embora, à primeira vista, parecesse que não, pelo facto de a unidade de construção ser muito mais simples do que a figura final. A geometria fractal põe, assim, em interacção, numa harmonia que era difícil de adivinhar, o carácter imprevisível e aleatório de um resultado e a ordem e simplicidade do algoritmo que o gera! Além disso, mostra que o simples pode, afinal, gerar o complexo!
Não são ainda claras todas as implicações e aplicações da geometria fractal. Contudo, pode já dizer-se que, para além da sua utilização na descrição de objectos irregulares da Natureza (o relevo à superfície da Terra, os contornos de uma montanha, as margens de um rio, a forma de uma nuvem, etc.), as aplicações desta geometria estendem-se a domínios tão diversos como a compressão de imagens, a arte, a música e aplicações financeiras.
Que mistérios nos ajudará a desvendar esta nova geometria das coisas irregulares?…

Sobre o determinismo, a incerteza e o tempo
Como sabemos, até à descoberta da mecânica quântica todo o contributo da física apontava para o facto de o Universo ser regido por leis deterministas 14, numa relação unívoca entre causa e efeito. Com a descoberta da mecânica quântica e a descrição dos sistemas e sua evolução através de funções de onda e da equação de SchrÃL;¶dinger, a impossibilidade de determinar simultaneamente a posição e velocidade de uma partícula quântica (incerteza de Heisenberg) levantou vários problemas de ordem conceptual e subjectiva 15. Entre outros aspectos polémicos, a mecânica quântica gerou a necessidade da intervenção humana, do observador, para se seleccionar um estado concreto de um sistema (a realidade medida experimentalmente), de entre os vários estados potenciais descritos pela sua função de onda.
Já a descrição da luz como um fenómeno de manifestação dual - como onda 16, por um lado, e como corpúsculo, 17 por outro -, nos apresentava um fenómeno completamente novo na Natureza. “A Mecânica Quântica, no essencial, mais não é do que a generalização desta descrição da luz para toda a matéria, desde as partículas mais elementares até (possivelmente) o Universo no seu todo.” 9 Na verdade, não será a própria natureza ondulatória das coisas que cria uma indeterminação objectiva?
Fora do âmbito da física, Karl Popper traduz o dilema do determinismo nos seguintes termos: por um lado, o senso comum tende a afirmar “que todo o acontecimento é causado por um acontecimento que o precede, de modo que se poderia prever ou explicar qualquer acontecimento…”; mas, por outro lado, “o senso comum atribui às pessoas sãs e adultas a capacidade de escolherem entre várias vias de acção distintas…” 18 Na opinião de Ilya Prigogine 19, este dilema enraíza-se na nossa relação com o mundo e, em particular, com o tempo. “O futuro está predestinado ou antes em construção perpétua? A crença na nossa liberdade é uma ilusão?” 20
De facto, nas leis fundamentais da física, tanto no domínio da mecânica clássica como na relatividade e na física quântica, não se estabelece nenhuma distinção entre passado e futuro. Na descrição física fundamental da Natureza, não há seta do tempo! As leis são simétricas no tempo e podem ser aplicadas para descrever acontecimentos passados ou futuros, tanto faz. Ora, a existência do Universo desenrola-se no domínio da sucessão irreversível de acontecimentos, onde o passado e o futuro desempenham papéis diferentes, onde o tempo tem direcção, onde há evolução… É o chamado paradoxo do tempo (transposição para a física do dilema do determinismo), relegado para o domínio da fenomenologia. Seremos nós, os seres humanos, os observadores responsáveis pela distinção entre passado e futuro? Foi este papel interveniente atribuído pela Mecânica Quântica ao “observador” que lhe deu um aspecto aparentemente subjectivo e suscitou controversas intermináveis, nomeadamente entre Niels Bohr e Einstein que, inconformado com as implicações da “nova mecânica”, terá mesmo afirmado “Deus não joga aos dados com a Natureza”. Essa tese, do papel essencial da humanidade na descrição e evolução da Natureza, tem sido sustentada por muitos pensadores e, nomeadamente, pelos defensores do princípio antrópico 14.
Nas últimas décadas, o estudo de processos de não-equilíbrio, irreversíveis e dissipativos, e de sistemas dinâmicos instáveis onde, em vez da ordem e estabilidade, encontramos flutuações e instabilidades, invade todos os campos da ciência, desde a cosmologia à economia. Este tipo de fenómenos, irreversíveis e dinâmicos, ferem a descrição da Natureza das leis físicas onde a simetria entre passado e futuro está consagrada e parece inabalável. O cientista Ilya Prigogine reflecte assim sobre este assunto: “… a matéria é cega no equilíbrio, lá onde a flecha do tempo se não manifesta; mas, logo que ela se manifesta, longe do equilíbrio, a matéria começa a ver! Sem a coerência dos processos irreversíveis do não-equilíbrio, o aparecimento da vida na Terra seria inconcebível. A tese segundo a qual a flecha do tempo é apenas fenomenológica torna-se absurda. Não somos nós quem engendra a flecha do tempo. Pelo contrário, somos filhos dela.” 21
Recorrendo a desenvolvimentos recentes da matemática, como a geometria fractal, e aos estudos de Henri Poincaré 22 (1854-1912) - o primeiro cientista a descobrir um sistema determinístico caótico - , as propostas de Prigogine 23 solucionam o paradoxo do tempo. Na sequência deste resultado, sem eliminar o carácter linear da aplicação das leis clássicas e relativistas nem o carácter estatístico fundamental da mecânica quântica, o paradoxo determinismo-incerteza esboroa-se, simplesmente. Para Prigogine, ao incorporarem a assimetria no tempo, as leis fundamentais passam a exprimir possibilidades e não mais certezas.
Estará contida nesta formulação a chave para compreendermos a ligação entre lei e livre arbítrio?…

Sobre a simplicidade e a complexidade
Consideremos agora os temas anteriores mas abordados de uma perspectiva complementar, aliás já aflorada.
O conhecimento actual da natureza e do Universo coloca o enigma central da VIDA no cruzamento de três escalas (fig. 2): por um lado, temos a escala do infinitamente pequeno, contraindo-se até dimensões tão pequenas como a das hipotéticas supercordas, e a escala do infinitamente grande, expandindo-se até à dimensão do próprio Universo. Por outro lado, emergindo da interacção entre as duas escalas anteriores, surge a escala da complexidade.

Em 1998, numa conferência em Coimbra, Hubert Reeves 24 fazia-nos reflectir do seguinte modo: “A mensagem mais interessante da ciência actual é, talvez, a profundidade do nosso relacionamento, enquanto seres humanos, com a totalidade do universo. Nós dependemos da existência prévia das galáxias, estrelas, planetas, etc.. A nossa vida, a nossa existência, a nossa presença aqui, nesta ocasião, estão relacionados com acontecimentos que tiveram lugar numa escala muito grande (milhões e milhares de milhões de anos-luz) e também numa escala muito pequena (bilionésimos de milímetro), e numa escala temporal de biliões de anos.” E precisava, também: “Para formar um corpo humano são necessários muitos quarks e electrões 25. Esses quarks e electrões … estiveram presentes no universo primitivo. … (mas) naquela altura encontravam-se totalmente dissociados. Hoje em dia estão organizados, fazem parte de um sistema sofisticado extraordinariamente complexo: o nosso maravilhoso corpo, no qual cada um deles, localizado precisamente, desempenha um papel particular.”
O que é que, na Natureza, é simples e o que é que é complexo? Ou antes, de onde surge a complexidade? Uma resposta possível é considerarmos que o que é simples são as leis da Natureza que, contudo, ao serem fundamentalmente probabilísticas e não totalmente deterministas, permitem a existência de sistemas complexos. Veja-se, por exemplo, um conjunto de núcleos radioactivos. Eles desintegram-se segundo uma lei probabilística simples, de acordo com a qual podemos saber, por exemplo, ao fim de quanto tempo metade dos núcleos já se terão desintegrado. Contudo, é impossível, tomado um qualquer núcleo ao acaso, sabermos se ele se vai desintegrar no instante seguinte ou se será o último de todos eles… O sistema é complexo mas a lei é simples.
As características dos sistemas podem, de facto, fazer com que as suas descrições sejam simples ou complexas. Como recorda, com graça, o físico Jorge Dias de Deus, “… continua a ser mais fácil prever a passagem de cometas com centenas de anos de antecedência (caso do cometa Halley, por exemplo) do que saber com rigor se em determinado dia, daqui a quatro ou cinco dias, vai ou não chover.” 9
Esta consciência sobre a noção de complexidade, ou seja, sobre a existência de “sistemas dificilmente previsíveis ou de previsão impossível”, mostra ser difícil ou impossível prever (por existirem várias possibilidades) a consequência de determinada acção ou causa. Embora conhecendo hoje que os sistemas verdadeiramente deterministas são a excepção, a ciência ainda tem dificuldade em lidar com sistemas complexos. Por ser difícil prever as suas consequências, a acção é, tantas vezes, arriscada. A polémica em volta do problema da clonagem 26, entre outras, reflecte bem essa dificuldade e, relacionado com esta matéria, a investigação do genoma humano 27 é fundamental para um melhor entendimento do sistema mais complexo que temos disponível para estudo. A interacção entre neurónios, a actividade cerebral, a relação do cérebro com actividades mais subtis do ser humano são desafios extraordinários para o futuro da nossa compreensão da Natureza.
A ciência não pode parar pelo facto de se correrem riscos e de não termos certezas. “Ainda há poucos séculos vivíamos num mundo complexo de milagres permanentes.” 28 Os enigmas actuais acabarão, no futuro, por ser resolvidos mas novos desafios virão à luz. O desconhecido é ainda incomensurável…

Liliana Ferreira
Licenciada em Física; Doutorada em Física da Radiação; Professora no Departamento de Física da Universidade de Coimbra; Investigadora na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

1 L. Ferreira, No Mundo do Extremamente Pequeno, Biosofia o 2, CLUC (1999) p. 30
2 L. Ferreira, O Universo das Cordas, Biosofia o 12, CLUC (2002) p. 6
3 F. Nene, A Grande Respiração Cósmica, Biosofia o 12, CLUC (2002) p.10
4 L. Ferreira, O Destino do Universo, Biosofia o 4, CLUC (2000) p.11
5 Nomeadamente, a da radiação cósmica de fundo, a da proporção entre o o actual de átomos de hélio e de hidrogénio e a da inexistência de antimatéria. Para mais informação ver ref. 6.
6 L. Ferreira, No Mundo do Imensamente Grande, Biosofia o 3, CLUC (1999) p. 7
7 L. Ferreira, Estaremos Sós no Universo, Biosofia o 9, CLUC (2001) p. 17
8 A. P. Costa Pereira, A Era do DNA?, Biosofia o 7, CLUC (2001), p. 43
9 J. Dias de Deus, Da Crítica da Ciência à Negação da Ciência, Gradiva (2003)
10 E. SchrÃL;¶dinger, What is Life?, Cambridge Univ. Press, 7a Ed. (1967)
11 A. Damásio, How the Brain Creats the Mind, Scientific American, vol. 12 (2002) p.10
12 F. Crick e C. Koch, The Problem of Consciousness, Scientific American, vol. 12 (2002) p. 10
13 Algoritmo é uma sequência finita de instruções cuja execução conduz à resolução de um problema.
14 F. Nene, A Ordem e a Inteligência do Cosmos, Biosofia o 10, CLUC (2001) p.17
15 Note-se, contudo, que a equação de SchrÃL;¶dinger descreve de forma perfeitamente determinista como a função de onda de qualquer sistema evolui no tempo, pelo que não está totalmente correcta a oposição entre determinismo e mecânica quântica. Não são os computadores, os lasers, os supercondutores, os cd’s, etc, etc, filhos da mecânica quântica?!
16 Ajudando-nos a entender fenómenos como a visão ou a audição e a criar instrumentos como a rádio, a televisão, o telemóvel, a internet, a transmissão por satélite, etc.
17 Explicando a interacção localizada da luz com a matéria (através dos fotões)
18 Karl Popper, L’ Univers Irrésolu. Plaidoyer pour l’ Indéterminisme, Hermann (1984)
19 Físico-químico (1917-2003), prémio Nobel da Química em 1977
20 Ilya Prigogine, O Fim das Certezas, Gradiva, 1996
21 Note-se que, a esta luz, o big bang aparece associado a uma instabilidade que é o ponto de partida do Universo (material) mas não do tempo. “Enquanto o nosso universo tem uma idade, o meio onde a instabilidade se produziu não a teria.”20)
22 Henri Poincaré (1854-1912) - matemático, físico e filósofo
23 São apresentadas em livros de divulgação científica como Order out of Chaos, A Nova Aliança, Entre o Tempo e a Eternidade e O Fim das Certezas
24 Hubert Reeves, in Fronteiras da Ciência, Gradiva e Imp. Univ. Coimbra (2003)
25 Cerca de 10 29
26 N.C.D. Hornig, Acerca de Homens e de Clones, Biosofia o 17, CLUC (2003) p. 18
27 . P. Costa Pereira, A Era do DNA?, Biosofia o 7, CLUC (2000) p. 43
28 A.P.L. Policarpo, in Fronteiras da Ciência, Gradiva e Imp. Univ. Coimbra (2003)

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