5 grandes perguntas para as quais a ciência ainda não tem uma resposta - Gooru
Estamos explorando o universo, de uma forma ou de outra, desde que nos conhecemos por gente. Os antigos egípcios já observavam os astros e, baseados neles, formularam um calendário de 365 dias, como o nosso.
Na Idade Média, a discussão era se a Terra era, como pregava a Igreja Católica, o centro do sistema solar ou se nosso planeta era apenas mais um, com a pequena diferença de que nós moramos aqui. Passados esses questionamentos, a ciência atual enfrenta outras perguntas sem respostas – tão ou mais importantes do que as que atormentavam Galileu Galileu, Nicolau Copérnico e companhia.
Entretanto, não é apenas no campo espacial que o mundo científico ainda desconhece a resposta para perguntas tão fundamentais como "o que é o tempo?". Até mesmo a nossa própria condição humana nos trás um pouco de mistério. Se, afinal de contas, somos apenas um amontoado de genes, por que somos tão diferentes dos nossos amigos cachorros ou, principalmente, dos nossos primos macacos. Acompanhe, na sequência, 5 grandes perguntas para as quais a ciência ainda não possui uma resposta definitiva.
5 – Qual é a natureza da matéria e da energia escuras?
Nada mais nada menos do que 96% do nosso universo é feito de coisas que não sabemos muito bem o que são: aproximadamente 70% é constituído de energia negra, enquanto 26% corresponde à matéria negra (sim, sobram apenas 4% para todo o resto como estrelas, planetas, seres humanos, nossas casas, nossa comida etc). A matéria e a energia escuras são, de uma maneira geral, soluções propostas para explicar alguns fenômenos gravitacionais e, até onde sabemos, são coisas distintas. O enigma vem do fato de que só sabemos de sua existência por meios indiretos, ao observar seus efeitos sobre o universo e ao tentar deduzir suas propriedades a partir deles. A matéria escura foi proposta nos anos 1930 por Fritz Zwicky, cuja pesquisa resultou na constatação de que a energia da matéria luminosa contribui com menos de 1% da densidade média de energia do universo.
Certamente existe mais matéria nas galáxias que não emite luz, mas as evidências indicam que há um limite máximo para a matéria normal – aquela feita de átomos, como eu, você, seu cachorro – presente no universo. Evidências apontam que, no máximo, 5% da densidade de massa-energia do universo e 20% da massa dos aglomerados está na forma de átomos. É aí que entra a matéria escura. Muitos físicos e astrônomos acreditam que ela seja uma nova partícula ainda não detectada por aceleradores de partículas ou por raios cósmicos. Para ser uma partícula de matéria escura, é preciso que tenha muita massa, mais do que um nêutron, e interaja de maneira tímida com a matéria normal, de forma que dificilmente reaja produzindo luz. Aparentemente, a matéria escura é responsável pelas estruturas que vemos no universo, como galáxias e aglomerados – ou seja, é ela que "segura" estes objetos imensos, não deixando que se desfaçam. Já a energia escura tem sua origem nos trabalhos para entender a expansão acelerada do universo.
Uma das especulações é que a aceleração é consequência de uma nova forma de matéria, que também não foi detectada até agora. Sabemos, no entanto, de que se trata de uma "energia" porque ela contribui com cerca de 70% da energia total do universo. Se descobrirmos o que é, podemos então trocar o nome para algo menos misterioso. Em termos gerais, a matéria escura atrai e a energia escura repele. A matéria é usada para explicar uma atração gravitacional maior que a esperada, enquanto a energia revela uma atração gravitacional negativa. Os maiores cientistas do nosso tempo trabalham no problema e nossa melhor tecnologia está examinando o cosmos, mas, por enquanto, não há outra explicação para os efeitos que observamos: a matéria escura e a energia escura são reais. Só que não sabemos muito mais do que isso.
4 – Estamos sozinhos no universo?
Mais do que determinar a consistência do nosso universo, somos obcecados por saber se existe vida além do nosso planeta. Neste ano, o telescópio espacial Kepler, da Nasa, identificou (mais) dois sistemas planetários que podem abrigar vida fora do sistema solar. Dos cinco corpos que orbitam a estrela Kepler-62, que fica a 1.200 anos-luz de distância da Terra, há chances de dois deles terem água líquida na superfície. Mas essa é a só a ponta do iceberg. Dos 1.235 planetas suspeitos até agora, cerca de um terço estão em sistemas multiplanetários solares como o nosso. A julgar por essas descobertas, parece que os planetas são tão numerosos quanto grãos de areia. Há 25 anos, apenas 9 planetas eram conhecidos, todos em nosso sistema solar. Nós só podíamos imaginar o resto, alimentados por um rico acervo de ficção científica, para o qual o espaço exterior era uma fonte inesgotável de ideias. A situação, no entanto, é diferente agora.
Mesmo assim, encontrar exoplanetas – ou seja, aqueles que estão fora do nosso sistema solar – não é tarefa fácil. Eles não emitem luz própria, apenas refletem a luz de suas estrelas. Dadas as distâncias interestelares envolvidas, até mesmo as estrelas mais próximas de nós não são muito visíveis, por isso identificá-los é um desafio tecnológico. Uma das formas encontradas pelos cientistas para procurar vida extraterrestre em potencial é observar a oscilação rítmica de uma estrela como o nosso sol, criada pela força gravitacional de um planeta em sua órbita. Existem maneiras de detectar planetas menores. A nave espacial Kepler foi especificamente projetada para varrer uma parte da Via Láctea e descobrir dezenas de planetas do tamanho da Terra perto de sua zona habitável – região em que a vida como a conhecemos é possível –, determinando quantas das bilhões de estrelas em nossa galáxia possuem tais planetas. Kepler monitora continuamente 145 mil estrelas da Via Láctea.
3 – O que é o tempo?
Estamos tão acostumados com ele, que raramente paramos para refletir sobre o tempo. Afinal, a passagem do tempo é muito clara: ontem foi passado, hoje é o presente e amanhã será futuro. Mas nem tudo é tão simples assim. A ideia de que o tempo é uma linha ligando o passado, o presente e o futuro traz um questionamento: seria o tempo uma "direção"? Afinal, nós parecemos estar nos movendo para frente no tempo, mas só podemos ver eventos que já ocorreram. O que acontece é que medimos a passagem do tempo com base no movimento.
Pense: os dias, meses e estações do ano são cíclicos. Temos a impressão de que o tempo está indo para frente, mas podemos muito bem estar andando em círculos. Além disso, condicionamos nossas ações com o tempo: dizemos que um carro levou horas para fazer um percurso ou que o coração de uma pessoa bate um determinado número de vezes por minuto. "O tempo pode ser apenas uma 'moeda comum' ou uma unidade de movimento com a qual todos os outros movimentos são medidos, tornando mais fácil a descrição do mundo, mas sem ter uma existência independente", sugere Rawy Shaaban, um dos autores da página "Across the Universe: from quarks to quasars". "Medir processos (de movimento) usando tempo é como usar dinheiro ao invés de troca direta de mercadorias".
"Isso sugere que nossa percepção do tempo como passado, presente e futuro pode ser apenas uma ilusão criada por nossa mente em uma tentativa de entender o mundo em transformação que nos cerca", afirma Shaaban. Nesse caso, como as mudanças do mundo ocorreriam se não existisse o tempo? A pergunta inicial permanece. Entretanto, nem todos concordam com a ideia de que o tempo não passe de um devaneio coletivo. "O tempo é supremo, e a experiência que todos nós temos de que a realidade é o momento presente não é ilusão, mas a mais profunda pista que temos sobre a natureza fundamental da realidade", defende o físico teórico Lee Smolin.
2 – Quais mudanças genéticas nos fizeram diferentes dos outros animais?
Cada geração de antropólogos se propõe a explorar a questão e tentar respondê-la: "O que nos torna humanos?". O famoso paleontólogo Louis Leakey acreditava que fosse a capacidade de construir ferramentas que nos tornava únicos. Por isso, quando ele descobriu ossos de hominídeos perto de ferramentas de pedra na Tanzânia, em 1960, ele batizou o suposto grupo responsável pelas ferramentas de Homo habilis, o mais antigo membro do gênero humano. No entanto, pouco tempo depois, a primatologista Jane Goodall demonstrou que chimpanzés também usam tipos de ferramentas, e hoje a discussão entre os pesquisadores é se os H. habilis realmente pertencem ao gênero Homo.
O que é incontestável é que os seres humanos, como todas as outras espécies, têm um genoma único, moldado por nossa história evolutiva. Com o genoma humano já mapeado e os dados sobre o genoma dos primatas começando a surgir, estamos entrando em uma era na qual pode se tornar possível identificar as mudanças genéticas que ajudam a nos separar de nossos parentes mais próximos. As diferenças genéticas reveladas entre humanos e chimpanzés podem ser profundas, apesar de as estatísticas apontarem que apenas cerca de 1,2% do nosso DNA é diferente. Isso porque uma simples mudança de 1% pode afetar milhares de genes – e a diferença percentual se torna muito maior se você contar as inserções e deleções de cada um.
Mesmo se nós conhecermos os 40 milhões de sequências diferentes entre humanos e chimpanzés, o que elas significam? Provavelmente, muitos genes são simplesmente a consequência de 6 milhões de anos de deriva genética, com pouco efeito sobre o nosso corpo ou o nosso comportamento, enquanto outras pequenas mudanças – como, por exemplo, as sequências reguladoras, não codificadas – podem ter consequências dramáticas. Chegamos a um novo dilema: apenas metade dos genes que nos diferenciam dos macacos é que pode definir um chimpanzé, em vez de um ser humano. Como é que podemos saber quais são eles?
Segundo Culotta, uma maneira é descartar os genes que foram favorecidos pela seleção natural nos seres humanos. Estudos que buscam sinais sutis de seleção no DNA dos seres humanos e outros primatas identificaram dezenas de genes, em particular aqueles que estão envolvidos na interação patógeno-hospedeiro, reprodução, sistemas sensoriais como olfato e paladar, e muito mais. "Porém, nem todos esses genes ajudaram a nos diferenciarmos dos nossos primos macacos, originalmente. Nossos genomas revelam que evoluímos em resposta à malária, mas não é a defesa da malária que nos torna humanos", ressalta.
1 – É possível unificar as leis da física?
Para Charles Seife, da revista especializada "Science", o Modelo Padrão da física de partículas é um poema inacabado. "A maioria das peças está lá e, mesmo inacabada, é sem dúvida a obra mais brilhante na literatura da física. Com grande precisão, descreve toda a matéria conhecida, incluindo todas as partículas subatômicas, como quarks e léptons, bem como as forças por meio das quais as partículas interagem umas com as outras", diz. As forças a que se refere são o eletromagnetismo, que descreve como objetos carregados sentem a influência de outros; a força fraca, que explica como as partículas podem mudar suas identidades; e a força forte, que descreve como quarks se unem para formar prótons e outras partículas compostas.
O problema é que algumas dessas peças que fazem parte do grande quebra-cabeça da física estão faltando – e algumas presentes não se encaixam muito bem. É o caso da gravidade, por exemplo. Essas diferenças, entretanto, podem ser superficiais. O eletromagnetismo e a força fraca parecem muito diferentes entre si. Entretanto, ainda na década de 1960, os físicos mostraram que, em altas temperaturas, essas duas forças se "unificam".
Torna-se evidente que o eletromagnetismo e a força fraca são realmente a mesma coisa, assim como fica óbvio que o gelo e água em estado líquido são a mesma substância se você aquecê-los juntos. Essa conexão deu aos físicos a esperança de que a força forte também pudesse ser unificada com as outras duas forças, produzindo uma grande teoria – um dos grandes mistérios da física atualmente. Uma teoria unificada deve ter consequências observáveis. Por exemplo, se a força forte de fato é a mesma que a força eletrofraca, então os prótons podem não ser verdadeiramente estáveis, uma vez que, a longo prazo, eles devem decair espontaneamente.
Apesar de muitas pesquisas, ninguém observou, até hoje, o decaimento de um próton – assim como ninguém jamais avistou quaisquer partículas previstas por algumas modificações de melhoria do modelo padrão, como a supersimetria. Pior ainda, mesmo uma teoria unificada não estaria realmente completa – a não ser que ignorasse a gravidade. A gravidade é uma força problemática. A teoria que a descreve, a da relatividade geral, presume que o espaço e o tempo são suaves e contínuos, enquanto a física quântica que rege as partículas subatômicas e as forças é inerentemente descontínua e agitada.
"A gravidade se confronta tão fortemente com a teoria quântica que ninguém ainda foi capaz de elaborar uma maneira convincente de construir uma teoria única, que inclui todas as partículas, as forças forte e eletrofraca e a gravidade – tudo em um grande e uniforme pacote", conta Seife. No entanto, os físicos possuem, sim, algumas pistas. Talvez a mais promissora seja a teoria das supercordas. Essa teoria tem um grande número de seguidores porque fornece uma maneira de unificar diversos elementos da física em uma teoria maior, com uma única simetria. Por outro lado, exige um universo com 10 ou 11 dimensões, montes de partículas ainda não detectadas, além de muita bagagem intelectual que nunca poderá ser verificada.
Podem existir dezenas de teorias unificadas, das quais apenas uma é correta, mas os cientistas jamais terão meios para determinar qual. Ou talvez a luta para unificar todas as forças e partículas seja em vão. Nesse meio tempo, os físicos continuam a procurar o decaimento de prótons, bem como ainda buscam partículas supersimétricas no acelerador de partículas subterrâneo, o "Grande Colisor de Hádrons", em Genebra, na Suíça. Ou seja, ainda esperam que, um dia, seja possível terminar o poema e encaixar todas as peças desse misterioso quebra-cabeça.