Podemos entender o universo?

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 16/10/2015

A visão noturna do céu é um belo espetáculo. Observar a Lua, planetas e estrelas é uma atividade, embora cada vez mais difícil nas grandes cidades, sempre muito prazerosa. Desde o alvorecer da humanidade, nos esforçamos para compreender o significado daqueles milhares de pontos brilhantes no firmamento. Alguns se destacam por se moverem em relação aos outros: são conhecidos desde a Antiguidade os cinco planetas vistos a olho nu – Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. No meio deles desfila a Lua, fazendo um intrincado balé regido pelos particulares movimentos planetários.

Milhares de estrelas, de diferentes tamanhos, cores e brilhos, fascinam a nossa imaginação não somente por causa da beleza, mas também pela persistência ao tempo, dando-nos a impressão de que são eternas e imutáveis. Ao longo dos séculos, procuramos encontrar conexões entre esses pontos brilhantes, imaginando ligações que simbolizavam muitas vezes os medos e crenças da alma humana. Figuras mitológicas, como deuses, heróis e seres fantásticos, foram projetadas no céu para representar esses sentimentos.

Via Láctea no céu do deserto de Atacama

Enfim, a astronomia talvez seja a mais idosa das ciências. Os povos antigos, ao observarem o céu, já percebiam que os movimentos cíclicos do Sol, da Lua, dos planetas e das estrelas poderiam ser utilizados para prever o início das estações do ano, as cheias dos rios e as melhores épocas para plantio e colheita. Observações mais precisas também permitiam prever a ocorrência de fenômenos astronômicos como os eclipses lunares e solares, mostrando que era possível conhecer a ocorrência de acontecimentos futuros a partir da observação dos movimentos dos corpos celestes. 

Dessa percepção nasceu a astrologia, pseudociência que persiste até hoje, presente em jornais, portais da internet e outros meios de comunicação que divulgam as suas crenças. A astrologia, diferentemente da astronomia, tenta correlacionar as posições dos astros com os comportamentos individuais – uma associação impossível, por mais que algumas pessoas queiram acreditar nela.

Ainda assim, vejo beleza nessas interpretações: elas demonstram a capacidade humana de nos propormos a compreender o universo, criando modelos e teorias a partir da observação dos atores celestes no grande teatro cósmico. Nessa performance, que dura mais de uma dezena de bilhões de anos, ocupamos um local privilegiado na plateia, de onde podemos observar diferentes instantes do tempo: a imensidão do cosmos nos permite ver, no tempo presente, o passado remoto.

Olhar para o passado

Observar o céu é viajar ao passado. As imensas distâncias que existem entre nosso planeta e as estrelas fazem com que a luz proveniente delas leve muito tempo para chegar até a Terra. No caso do Sol, estrela mais próxima de nós, a cerca de 150 milhões de quilômetros de distância, a luz leva pouco mais de oito minutos para chegar aqui. A próxima estrela mais perto de nós, Alfa Centauri –  a mais brilhante da grande constelação do Centauro, ao lado do Cruzeiro do Sul –, está a ‘apenas’ 40 trilhões de quilômetros, uma distância que a luz demora quatro anos para percorrer.

Diante das enormes distâncias interestelares, trocamos a nossa régua de medida. Em vez de contar quilômetros, expressamos as distâncias em anos-luz: um ano-luz equivale a aproximadamente 10 trilhões de quilômetros. Para se ter uma ideia, o objeto mais distante que conseguimos observar a olho nu, a galáxia de Andrômeda, está a dois milhões de anos-luz de nosso planeta. A luz que vemos hoje de Andrômeda, portanto, saiu de lá em uma época em que a humanidade ainda não caminhava sobre a Terra, há dois milhões de anos.

Galáxia de Andrômeda

Física universal

A partir das observações que realizamos com a ajuda de aparelhos e, principalmente, das teorias físicas, conseguimos descrever corpos celestes que nos fascinam há milênios. Com aplicações da física quântica e da teoria da Relatividade, podemos explicar que as estrelas são aglomerados de gases em altíssimas temperaturas, nos quais a matéria está tão aquecida que os elétrons que circulam os núcleos atômicos são arrancados, deixando-a totalmente ionizada, no chamado estado de plasma. 

Essas temperaturas inimagináveis decorrem das reações de fusão nuclear no interior das estrelas, onde normalmente quatro núcleos do átomo de hidrogênio (um próton, que tem carga elétrica positiva) se combinam para formar um núcleo do átomo de hélio. Durante esse processo, dois prótons se transformam em dois nêutrons (partículas do núcleo atômico sem carga elétrica) e duas partículas conhecidas como pósitrons (com massa igual ao dos elétrons, mas com carga positiva) emergem, fazendo com que a contabilidade energética e de cargas se conserve.

As grandes massas das estrelas travam um cabo-de-guerra estelar entre a gravidade (que tende a comprimir toda a matéria das estrelas) e a pressão devida às altas temperaturas, na ordem de milhões de graus em seu interior. No final, esgota-se o combustível nuclear, levando a estrela a dois destinos possíveis, a depender de sua massa inicial: transmutar-se em pequena anã-marrom, sem brilho, ou explodir espetacularmente, transformando-se em supernova e brilhando por alguns meses com a intensidade de centenas de bilhões de estrelas.

Podemos fazer toda essa descrição pois acreditamos, e verificamos, que as leis da física são as mesmas para todos os lugares do universo e em todos os instantes do tempo. Ao observar como os átomos de hidrogênio emitem luz ao serem aquecidos – aconteça isso em um laboratório terrestre ou "em uma galáxia muito, muito distante" –, obtemos as mesmas informações. O movimento dos planetas ao redor de estrelas distantes é descrito pela mesma teoria da gravitação que descreve os planetas do nosso sistema solar ou explica a queda de uma maçã.

O fato extraordinário de que as leis físicas são as mesmas em todos os lugares e em todos os tempos é um dos mais importantes fundamentos da nossa ciência. Se não fosse assim, o universo pareceria um caos, em vez de um cosmos harmônico com movimentos e fenômenos bem estabelecidos.

Mas, é claro, nosso conhecimento sobre universo ainda está longe de se esgotar. Moramos em um pálido ponto azul que orbita uma estrela média entre as centenas de bilhões que existem em nossa galáxia, que também é apenas uma entre as centenas de bilhões que conhecemos. Estamos muito longe de compreender tudo o que existe no universo, e conhecemos apenas uma pequena parte do todo. 

Na extraordinária epopeia humana em busca do conhecimento, percorremos apenas poucos metros de uma longa estrada. Talvez nunca chegaremos ao final, mas sabemos que, desde que demos os primeiros passos, procuramos encontrar o nosso caminho e destino. Não é ousadia tentar compreender o universo – é o desejo que nos faz realmente humanos.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos