quarta-feira, 5 de maio de 2010

Do Caos ao Cosmos e Vice-versa

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Cronos e Zeus


A mitologia grega descreve sobre a origem do mundo (e aqui mundo entenda-se como "tudo"), que inicialmente só havia o grande Caos, habitados pelos monstros dos fenômenos naturais chamados Titãs, conduzidos na manutenção do caos vingente pelo deus Cronos (o tempo). Cronos, que tinha como esposa Réia, que pode-se associar com a natureza em sua (perdão pela redundância) natureza geradora, produzia seus filhos. Temendo ser destronado de seu poder, mal os filhos de Cronos nasciam, os engolia.

Cronos era pois voraz como descrito nos belos versos de William Shakespeare:

Tempo voraz, ao leão cegas as garras
E à terra fazes devorar seus genes;
Ao tigre as presas hórridas desgarras
E ardes no próprio sangue a eterna fênix.

Pelo caminho vão teus pés ligeiros
Alegres, tristes estações deixando;
Impões-te ao mundo e aos gozos passageiros,
Mas proíbo-te um crime mais nefando:

De meu amor não vinques o semblante
Nem nele imprimes o teu traço duro.
Oh! Permite que intacto siga avante

Como padrão do belo no futuro.
Ou antes, velho Tempo, sê perverso:
Pois jovens sempre há-de o manter meu verso.

Saturno (Cronos) devorando seus filhos, por Goya.


Réia escondeu Zeus e deu a Cronos uma pedra enrolada num pano, a qual engoliu considerando que livrara-se de mais um pretendente ao seu trono. Zeus, maduro, chefiou a rebelião de uma posterior geração dos deuses, destronando Cronos e assumindo o mundo e ordenando-o, aprisionando os Titãs. Tem-se então a era do Cosmos, a ordem que se evidencia no mundo.

Encerrando o papo mitológico, associemos com a história da Cosmologia, ou o estudo do universo em seu quadro mais amplo.


Uma breve história da Cosmologia

Após a apresentação ao mundo da Teoria da Relatividade Geral por Einstein, e sendo este já estabelecido como um sólido modelo do comportamento da natureza (ainda que não plenamente aceito nem experimental nem observacionalmente corroborado), muitos cientistas e até matemáticos debruçaram-se sobre a teoria com vistas a deduzir a partir dela comportamentos da natureza em seus diversos aspectos. Termodinâmica, Teoria da Eletricidade, movimentos planetários, os mais diversos aspectos foram atacados, com excelentes e outros nem tanto resultados.

O matemático russo Alexander Friedmann debruçou-se para algo que talvez jamais tenha sido pensado, nem mesmo por Einstein: o universo como um todo. Com uma ótica que poderíamos chamar de "será que isto muda o que pensamos sobre o que seja o tudo", embora talvez, não com esta intenção diretamente, chegou a conclusão, sobre as equações de campo de Einstein, que o universo, o cenário onde se dava o físico, estando a relatividade correta para tratar o universo como um todo, não era um uma paisagem imutável, estática, fixa, onde as coisas se moviam. As coisas se moviam, mas também o cenário mudava, se deformava, não localmente, mas no todo. Nascia a noção que o universo não era um cenário euclidiano, cartesiano, onde Galileu e Newton pensaram em pontos movendo-se, equacionáveis nas dimensões e no tempo. As próprias dimensões, no todo, e inclusive o próprio tempo, mudavam desde um tempo anterior, em expansão ou contração de seu quadro como um todo.

Notemos que afirmei expansão ou contração. Estabelecido isto e derrubado pelo menos teoricamente um universo proposto por Einstein, um tanto aristotélico, apenas uma geometria riemanniana deformada de um universo euclidiano clássico, estaria a resposta ao problemático ou a ser dada pelos astrônomos. Com a observação de Hubble, ao final dos anos 1920, que, primeiro, o que chamavamos universo era apenas um "universo ilha" (nomezinho, sinceramente, bem ridículo) que hoje chamamos de galáxia, no caso "Via Láctea", citando influência mais uma vez dos deuses gregos, e que diversas nuvens que há séculos viamos em meio às estrelas não eram nuvens "ali", mas imensamente mais distantes, e as partículas das 'nuvens' eram estrelas aos milhões, tão numerosas quanto as estrelas que parcialmente conseguimos ver na própria "Via Láctea", eram algumas entre muitas galáxias de um universo muito maior, e que, muito mais importante para o problema "movimento", estavam genericamente em afastamento; chegou-se a uma nova afirmação: além de mutante no tempo, o universo se expande.

Nota: de forma adequada, o conteúdo do universo é tratado como uma "poeira", em Cosmologia.

Outro mais matemático que um físico, Georges Lemaître, derivando as equações de Friedmann, que repitamos, já eram soluções para as soluções de campo de Einstein, encontrou que o universo, estando em expansão, e considerando-se que, como tudo mostra, a natureza seja conservativa, teria num passado remoto se encontrado extremamente denso, com todas as partículas subatômicas (aqui, hoje, uma enorme bobagem) condensados num único 'átomo primordial', um "ovo cosmico" que conteria toda a matéria.

Nota: algo, analiso, como uma gigantesca anã branca, uma massa de nêutrons, prótons e elétrons misturados.

Desenvolvimentos em outros campos, também de aplicações da Teoria da Relatividade voltadas para a Astrofísica, apontaram que núcleos atômicos e elétrons não poderiam se adensar além de determinada, desculpe mais uma vez pela redundância, densidade, pois ao ultrapassar-se para determinada massa um limite de compressão, chamado de limite de Chandrasekhar, só teríamos nêutrons, e não mais prótons e elétrons (ou seja, não teríamos "núcleos", nem mesmo átomos) e a partir de outro limite, de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, nem mesmo teríamos nêutrons, e ainda nem sabíamos, então, o que teríamos. Os desenvolvimentos da Mecânica Quântica concordavam que Lemaître, neste "ovo", estava errado, mas no quesito "do denso ao rarefeito", estava correto. Logo, o universo teria partido de uma altíssima densidade, e consequente temperatura para o estado que hoje observamos.

Uma pérola: "Não há a menor indicação de que a energia nuclear será obtida. Isso significaria que o átomo teria que ser rompido." - Albert Einstein, em 1932.


Lemaître e Einstein, talvez na ocaião em que Einstein disse que a matemática dele era poderosa, mas sua física lamentável.


Posteriormente, retomado o problema do "ovo" por George Gamov, tratando o problema com novos conhecimentos de Mecânica Quântica e síntese de núcleos atômicos, concebeu um novo "ovo cósmico", no qual, somente a partir de um estado inicial, teriam sido produzidos os núcleos dos isótopos de hidrogênio, os núcleos dos isótopos de hélio e um parcela pequena de (não dos) isótopos de lítio.

Digamos que o ovo cósmico tenha recebido uma casca, embora ainda não soubéssemos como era sua 'clara e gema' (aliás, nem que embrião de animal ali estava). O animal em sua adolescência, digamos, já conhecíamos, pois o trabalho sobre nucleossíntese estelar, uma teoria em grande parte desenvolvida por Bethe e Fred Hoyle, já apontava para a origem dos demais núcleos e átomos.

Nota: A teorização de Gamov recebeu o irônico nome de Alpha-Bethe-Gamov (lembrando Alfa-Beta-Gama; α, β, γ, as três primeiras letras do alfabeto grego), devido aos nomes de Ralph Alpher, Hans Bethe. Alpher era um doutorando orientado por Gamov, e Bethe na verdade nem era um pesquisador relacionado ao trabalho. Mais detalhes desta ironia estão citados no artigo da Wikipédia.

Com um tratamento ainda mais completo do problema nos anos 1930, pelo estadunidense Howard Robertson e pelo britânico Arthur Walker, houve a demonstração que a hoje chamada métrica FLRW (Friedmann, Lemaître, Robertson e Walker) seria a única em uma variedade (um conceito matemático) pseudoriemanniana (próxima de uma geometria que não é euclidiana) que é homogênea e isotrópica (noutras palavras, isto significa um resultado geométrico não ligado especifica e estritamente às equações da relatividade geral, que sempre eram supostamente certas - absolutas - por Friedmann e Lemaître).

Nota: homogeneidade - composição homogênea - e isotropicidade - propriedades homogêneas - são postulados fundamentais da Cosmologia para o que seja e para tratar o universo.

Mesmo no, podemos dizer, leito de morte, pois morreria um ano depois, Lemaître, em 1965, receberia a notícia que seu "ovo cósmico", mesmo modificado, teve confirmação observacional por Penzias e Wilson e passou a ser adotada como teoria padrão para o mais amplo comportamento e história da natureza, mesmo tendo tido como adotado o nome jocoso de Big Bang, cunhado por Hoyle.

Posteriores de denvolvimentos acrescentaram períodos de expansão extremamente acelerada, especialmente o modelo inflaciónário de Alan Guth, e toda uma teorização em Mecânica Quântica aplicada que mostra como o universo se compôs ao longo de cada faixa de volume/densidade/temperatura pela qual passou. Este período é tratado, ainda conjecturalmente, também pelas "complementares" da teoria da relatividade, como a VSL (Variable Speed of Light, velocidade variável da luz), tratando períodos em que a velocidade da luz, uma constante fundamental da natureza, não era do valor nem do comportamento que hoje temos.


Ilustração para um com fase inflacionária (http://www.nikon.com/).

Noutro momento e por outra abordagem, viu-se a Astrofísica em conjunto com a Cosmologia obrigada a considerar a hipótese da existências de uma determinada quantia de massa, além da fácil astronomicamente de ser observada, para explicar o comportamento das galáxias como corpos, forcemos os termos, "mutuamente orbitantes", e acrescentou-se o conceito de "matéria escura", que foi posteriormente observada, especialmente pelos seus claros efeitos indiretos. Destaquemos que "matéria escura" não é algo transcendente ao já conhecido na física, apenas algo não detectável por ser, óbvio dos óbvios, escuro.

Nota: Galáxias não são "sistemas solares enormes", que rorbitam ao redor de um corpo predominantes massivo, como é o Sol para nossos planetas, nem mesmo ao redor de buracos negros supermassivos em seus centros. Isto é um erro muito comum. Os buracos negros supermassivos são de massa de milhões de vezes a massa do Sol, mas a galáxia é de massa de até centena de bilhões de massas solares. As galáxias giram como um conjunto completo, em mútuas atrações e mantidas, digamos, por uma gravitação comum, não centralizada num corpo.

A partir de mais precisas observações, sempre complementares às pioneiras observações de Hubble, determinou-se que a expansão do universo é acelerada. Acrescentou-se uma misteriosa força, que até por infelicidade para quem não se aprofunda no tema, chamou-se "energia escura", que não guarda associação alguma mais que o adjetivo com a matéria escura, e se comporta como uma força ainda desconhecida na natureza que aumenta a já conhecida tendência do universo em sua maior escala sempre aumentar de volume.

Em termos quase infantis, e lembrando o modelo do balão, usado didaticamente para explicar a expansão do universo, o balão continua a ser soprado, mas o soprador cada vez o faz com mais ar e mais rapidamente.


astrovn.blogspot.com



Ainda se discute, até pelas liberdades que o trabalho primordial de Friedmann permitia, se o "ovo cósmico" não teria sido fruto da contração de uma exótico ou igual ao nosso cosmos "anterior" (note-se as aspas), passando esta contração por um "rebote" (bounce) iniciando a fase de expansão, a partir do primeiro instante do Big Bang (que agora destaquemos, não é a "explosão inicial", e sim, a expansão na qual ainda estamos). Neste campo de fronteira, entram as ainda conjecturais, e tomadas de hipóteses ad hoc, teorias das cordas, em suas diversas formas, e a minha teoria de ponta favorita, que é a gravidade quântica em loop (ou "laço", como preferem meus amigos lusitanos).

Dicas de leitura:


Havendo bounce, e podendo ter o universo fases de contração e expansão, e havendo outras variáveis e mudanças de comportamento que permitam, o universo pode ser cíclico, e surgem os diversos modelos cíclicos para o universo, incluindo, entre eles, o que utilizam-se de todas as teorias de ponta citadas a cima, inclusive, simultaneamente. Em cada um destes ciclos, até mesmo o tempo é produzido, e como pensou com acerto Agostinho, o tempo inicia-se com a criação, e no - até só neste - ciclo de expansão de nosso universo, de um período de absoluto caos, chegamos a eras de formações de núcleos atômicos, átomos, moléculas e todos os corpos celestes, incluindo a bolinha rochosa em que pisamos.



Um quadro bastante completo da evolução do universo.


Temos, pois, após quase 100 anos, um quadro completo da ordem que Zeus colocou ao mundo caótico e compacto de Cronos, na construção do modelo do cosmos que hoje observamos e tratamos com física um tanto mais próxima de nossos pequenos problemas diários, desde pequenas partículas na água até o comportamento de estrelas gigantescas.

Mas...


Tomando tomismos
até pelas nossas primatas cabeças


Durante o período medieval, especialmente devido a Tomás de Aquino, o pensamento humano adquiriu sentidos de um exatismo quase delirante. Deus era não só revelado, e inclusive incorporado indubitavelmente no personagem mítico/histórico Jesus, como era dedutível por demonstrações simples (acalmemo-nos, pois adiante, veremos que tal "demonstrou-se pó"). Se o "ser dos seres", a origem suprema, primeira e última do mundo era conhecida, todo o resto seria, com um certo esforço.

Logo, nasceu uma física descritivista, exatista, cartesiana, em Kepler, Galileu e mais que todos, Newton, e todos os corpos seriam tratáveis desde o primeiro momento da história do mundo até o seu final. O determinismo se implantava, e Laplace o culminou com um discurso simples: conhecendo-se a velocidade e posição de qualquer corpo, se conheceria todas as posições e velocidades de todos os corpos pela história. O cosmos de Zeus era tão claro e evidente que até em momentos de algum devaneio, Kepler julgava os planetas como necessariamente associados aos sólidos geométricos perfeitos.


Sólidos e esferas perfeitos e determinando as posições e órbitas dos planetas, o delírio - ainda que honesto - de Kepler.


Nesta marcha descritivista-determinista, acrescida da perfeição dos balanços entre massas e energia dos químicos em todo o seu campo e dos físicos dedicados ao calor e a sólida termodinâmica em construção, levou aos típicos homens vitorianos como Lord Kelvin a pronunciar uma pérola do diâmetro de:

"Agora, não há mais nada novo para ser descoberto pela Física. Tudo o que nos resta são medições cada vez mais precisas." - em palestra para a British Association for the Advancement of Science em 1900.

Mas lá atrás, Bacon apontava para o empirismo, Kant para os limites da razão, e Hume devastava qualquer teleologia, e logo deus algum podia ser justificado pelo projeto que víamos no homem ou na natureza (como se fosse possível dizer um e outro). Enquando isso, em pleno século XIX, Nietzsche e outros "fragmentavam" a razão, e com curtas máximas, tornavam em pó qualquer esperança de filosofia construir algo sólido por si, mas ainda não com suficientemente fortes golpes de marreta, a ponto de formar um novo piso onde o conhecimento pudesse ser erigido.


Bacon e Nietzsche, cada um a seu tempo e seu modo, jogando tijolos na vidraça das certezas alheias.


Mesmo com o espasmo do Positivismo Lógico, em que lógica contruiria, matemática, matemática contruiria física, esta química, esta biologia, esta sociologia e por consequência, tornaria a política científica a razão já não se mostrava porto tão seguro. Assim, uma visão cristã-tomista-idealista-franco-anglosaxã-ocidental seria a única racional, a única e incontestável verdade, inexoravelmente a ser até imposta ao mundo, pois afinal, como mostra-se nos livros de então, e nas mentes por eles condicionadas, todo o resto era estupidez, ignorância ou insanidade.

Lembremo-nos de uma anterior pérola: "A razão poderia só por si levar-nos a concluir que a Terra se move como um planeta, se a Autoridade não nos salvasse desse erro." - Oresme, aproximadamente em 1370. Mudando-se alguns termos e dados, a "Autoridade" permanecendo, nada teria mudado.

Como bem mostravam poucos fuzileiros ingleses metralhando milhares de rebeldes de colônias, montados a cavalo e armados com algo como arcabuzes medievais, era óbvio e evidente de que lado a 'verdade' estaria.

Não tardou os filósofos da linguagem trincarem a lógica e dar-lhes novas faces, os lógicos neste novo mundo lógico aliados de outros brilhantes matemáticos fatiarem a matemática em inúmeras divisões e nos intervalos jogarem paradoxos e novos campos aparentemente insanos, os mecânicos quânticos, já em seus primeiros momentos terem feito em pó o determinismo e contruírem todo um novo mundo, rico e produtivo em aplicações e produtos, todos amparados num modelo "insano", e aliados aos que sempre desejaram tratar o caótico, modelarem o mundo dos redemoinhos nas poças de lama às galáxias com impensáveis modelos de variáveis que atuam completamente separadas mas formam um conjunto de "gestos" característicos e, paradoxalmente, determinados.

Uma máxima adequada a este momento no texto: Só os mortos e os loucos nunca mudam de opinião. - James Russell

Estes pensadores, junto com toda uma nova maneira de pensar sobre a história do mundo, apresentaram uma nova Biologia, filha do caos e do acaso, em meio a um mundo - ambiente - caótico e mutável, não mais fruto de um senhor acima de suas cabeças, mas senhora - dentro de limites do possível - de seu próprio e imprevisível destino. Logo o homem era também fruto de instintos múltiplos e sofisticados, não fruto de uma máquina lógica perfeita e transcendente colocada em seu cérebro. Seu cérebro era a nova máquina caótica, pois biológica, a ordenar - ou desordenar - como lhe aprouvesse o mundo, enquanto vivo e por sua primata e até agressiva vontade.

Disto, chegamos num mundo completamente fragmentado, de inúmeras forças políticas e opções, que nem mesmo plenamente pode entender o mundo e tratá-lo por modelos absolutos, numa forte e muito mais sólida razão, agora a "única verdadeira verdade", que não é mais que uma nuvem de poeira em permanente agitação, adaptando-se ao seu recipiente que é o universo do humano.

Noutras palavras sem ranço pegajoso de pós-modernismo - antes que algum amigo pergunte se abusei do álcool - o mundo é agora um sem número de combinações de escolhas e desejos humanos, acoplado a um pensamento racional, filosófico e científico, que mostra a si mesmo que nunca é a afirmação da verdade, mas a afirmação daquilo que ainda não provamos que é a mentira, ou melhor dizendo, o que não seja falso. Ainda noutros termos, apenas agora realmente buscamos solidamente nossas confiáveis "certezas", numa multidão de inumeras correntes de anseios, as vezes digladiando-se entre si.

Nunca fomos mais biológicos e seguros que agora, não se apegando a falsos deuses, e hereticamente, adentramos o templo de Olímpia, fizemos em pedaços a estátua de Zeus e recolocamos, ao invés da ordem do cosmos, o caos de Cronos em seu lugar.



Reconstituição digital da estátua de Zeus em Olimpia (ironicamente, de http://www.bible-archaeology.info/).



De alguns debates interessantes, com temas relacionados, há algum tempo no Orkut.


O QUE SEJA A MATÉRIA:
um bocado de vazio com um tanto de caos

A natureza, sob toda a análise, não se mostra um sistema newtoniano, laplaciano e "outrosanos" e sim, como diz o cosmólogo brasileiro Mário NOVELLO, um sistema de equilíbrios "tendendo a relativa estabilidade", como "uma bola de gude rodopiando numa bacia".

O problema é que a bacia contantemente se agita. Vivemos no caos sob limites.

Claro que uma primeira entrada num debate sobre física, abre as portas para algum personagem escrever: "Francisco, muito boa a explicação sobre o... nada!"

Como respondi então: -Cuidado! Pois um "nada" de um tijolo, caindo de uma janela, encontra com o "nada" de sua cabeça e faz um senhor estrago.



Nossa conceituação sobre o que seja vazio, ou mesmo o que seja algo denso,muitas vezes, é na verdade, fruto de uma visão que a impenetrabilidade e solidez causada pela natureza mais íntima da matéria, do que sejam os sólidos e os fluidos, das forças interativas, sejam similares a visão dos gregos e outros povos da antiguidade, do tempo em que se pensava em "átomos" num sentido completo de algo indivisível e minimamente componente da matéria e de elementos, quant muito quatro ou cinco, que ao se associarem, produzam a matéria.

Ao que um membro da comunidade onde se travava a questão, de nome Gustavo, imediatamente também coloca: -Essa definição de "nada" é realmente um pouco complicada, até porque o muito pouco não é nada, mas como disse Richard Feynman muito bem sobre esse assunto: "Se você acha que entendeu alguma coisa sobre mecânica quântica, então é porque você não entendeu nada."

Como sempre, em debates e bate-papos sobre este tipo de assunto, surgem os "new agers":  "Eu já tinha lido algo similar há uns 8 anos, "O Ponto de Mutação" Fritjof Capra."

Recomendo sempre muito, senão extremo, cuidado com este livro. Algumas coisas tem nexo e são sérias, como que a natureza hoje é entendida mais holisticamente e menos deterministicamente, que a Física encontrou extremas limitações, senão definitivas, etc. Mas sobre isto, que encontra-se em qualquer artigo sério sobre o tema, empilham-se misticismos. (É de se destacar a página onde sabe-se lá com que coragem compara uma página de equações físico-matemáticas com textos em sânscrito.)

Newton foi outro que praticamente distorceu as leis que ele mesmo tinha desenvolvido com o intento de provar a existência de Deus (curiosamente, de preferência o hebraico). Vale a pena procurar o livro sobre os trabalhos "extras" de Newton, de COHEN e WESTFALL, "Newton: textos, antecedentes, comentários" (uma resenha), que inclui uma "barbaridade de barbaridades" sobre ocultismo e mostra o quanto sua química era fraca, inferior a dos árabes da Idade Média.

Como é bom que se recomende, mente aberta não quer dizer acreditar em tudo, assim, como muito bem dito pela minha amiga, doutora em paleontologia, Silvia Gobbo, nem abrir demais a ponto que o cérebro caia.

"A realidade é apenas uma ilusão, ainda que muito persistente." - Albert Einstein



Mais observações cosmológicas e filosóficas
e provando, nas entrelinhas, que não sabemos coisa alguma


Concepção artística de múltiplos universos emergindo de um Big Bang. Invariavelmente, estas representações são inadequadas, quando não, levam à concepções errôneas até da geometria de tais fenômenos e estruturas conjecturais.

Respondendo a uma pergunta de uma comunidade de Filosofia: Será que o desconhecido é finito?

Se a informação advém de qualquer distância em tempo, sendo o universo finito mas em expansão, jamais teremos informações de suas regiões mais longínquas em afastamento. Logo, nesta hipótese, o desconhecido pode ser finito, mas continuará desconhecido.

Se podemos ter informação do "tudo-que-existe", além do universo ou universos e os contendo, mesmo se finito(s) ou infinito(s), continua sendo a hipótese anterior, válida nas expansões locais. A única coisa que o universo seja confiavelmente é um bolsão espaço-temporal, o cenário onde acontecem todos os eventos da Física, o maior objeto que se pode estudar, e mesmo assim, só parcialmente.

Se durarmos mesmo uma eternidade, a primeira hipótese continua válida. Se não durarmos, igualmente haverá o desconhecido.

Se conhecermos todo o comportamento da natureza evidenciável, ainda sim não poderemos conhecer o tudo, logo, o desconhecido permanesce como tal.

Só podemos estabelecer conhecimento na confiança de modelos e nas evidências mais repetíveis como observáveis. Além disso, nada, ou o desconhecido. Kant já tinha se preocupado com tais questões metafisicamente, e Bacon, a meu ver pai da filosofia da ciência, pelo empirismo.

Pergunta fundamental, que deve se manter permanentemente viva: o universo é o tudo que existe? Talvez Cronos tenha muitos gêmeos, e até inúmeros irmãos mais velhos e mais novos.

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