PARTE I O cenário da realidade 1. Os caminhos da realidade O espaço, o tempo e por que as coisas são como são Na velha e empoeirada estante do meu pai não havia nenhum livro que fosse proibido. Mas, enquanto eu crescia, nunca vi ninguém consultar nenhum deles. Os livros eram, na maior parte, grossos tomos - uma história geral da civilização, uma coleção de volumes de capa igual, com as grandes obras da literatura ocidental, e tantos outros de que já não me lembro - que pareciam colados às prateleiras, ligeiramente curvada por décadas sob constante pressão. Mas lá no alto, na última prateleira, havia um livro fininho que de vez em quando chamava a minha atenção porque parecia tão fora de lugar quanto Gulliver na Terra dos Gigantes. Pensando bem, não sei por que esperei tanto tempo antes de dar uma olhada. Talvez, com o passar dos anos, os livros tenham se tornado bens de raiz da família, incorporados à paisagem doméstica, admirados em sua permanência, mais do que um material de leitura. Por fim, na minha adolescência, a atitude reverente deu lugar aos impulsos impetuosos. Subi em busca do livrinho, tirei a poeira e abri a página um. As primeiras linhas eram, para dizer o mínimo, impactantes. "Só existe um problema verdadeiramente filosófico: o suicídio." Assim começava o texto. Meus olhos piscaram. "Se o mundo tem três dimensões, ou se a mente tem nove ou doze categorias", continuava, "é uma preocupação posterior." Essas dúvidas, o texto explicava, são parte de um jogo da humanidade, mas elas só merecem atenção depois que a única questão verdadeira estiver resolvida. O livro era O mito de Sísifo, escrito pelo filósofo Albert Camus, nascido na Argélia e ganhador do Prêmio Nobel. Depois de um momento, o frio gelado das suas palavras derreteu-se à luz da compreensão. É verdade, eu pensei. Você pode ficar ponderando e analisando as coisas até cansar, mas a verdadeira questão é saber se todas as suas ponderações e análises terminarão por convencê-lo de que a vida vale a pena. Essa é a questão essencial. Tudo o mais são detalhes. Meu encontro casual com o livro de Camus deve ter ocorrido durante uma fase em que eu me sentia especialmente impressionável, porque as suas palavras persistiram na minha mente mais do que quaisquer outras. Quantas vezes fiquei imaginando como várias pessoas que conheci, ou de quem ouvi falar, ou que vi na televisão, responderiam à mais essencial de todas as perguntas. Com o tempo, no entanto, foi a sua segunda assertiva - sobre o papel do progresso científico - que foi se revelando particularmente desafiadora. Camus reconhecia o valor de compreender a estrutura do universo, mas, no meu ponto de vista de então, ele rejeitava a possibilidade de que essa compreensão pudesse fazer qualquer diferença na nossa conclusão do valor que tem a vida. Sou o primeiro a admitir que o grau de sofisticação da minha leitura adolescente da filosofia existencialista correspondia ao apreço de Bart Simpson pela poesia romântica, mas, mesmo assim, a conclusão de Camus não deixava de me parecer deslocada. Para este aspirante a físico, parecia lógico que uma avaliação bem fundamentada da vida requeresse necessariamente um entendimento tão completo quanto possível do cenário da vida - o universo. Lembro-me de pensar que, se a nossa espécie vivesse em cavernas profundamente enterradas nas profundezas do subsolo e não conhecesse, portanto, a superfície da terra, o brilho da luz do Sol, a brisa do mar e as estrelas do céu, ou se a evolução tivesse tomado outro rumo e só possuíssemos o sentido do tato, de modo que só pudéssemos conhecer as coisas que pertencessem ao ambiente imediato, ou se as faculdades mentais dos seres humanos parassem de desenvolver-se durante a infância, de modo que a nossa capacidade emocional e analítica nunca fosse além das de um menino de cinco anos - em suma, se as nossas experiências nos propiciassem apenas uma imagem empobrecida da realidade -, a nossa avaliação da vida estaria irremediavelmente comprometida. Quando, afinal, chegássemos à superfície da terra, ou quando ganhássemos os sentidos da visão, audição, olfato e paladar, ou quando as nossas mentes estivessem finalmente livres para desenvolver-se como acontece normalmente, a nossa idéia coletiva da vida e do cosmo sofreria inevitavelmente uma mudança radical. O caráter limitado da nossa percepção anterior da realidade nos teria feito ver a mais fundamental de todas as questões filosóficas sob ângulos diferentes. Você pode perguntar: e daí? Com certeza, qualquer avaliação sensata concluiria que, embora não possamos conhecer tudo a respeito do universo - todos os aspectos referentes ao comportamento da matéria e ao funcionamento da vida -, temos as noções básicas a respeito das pinceladas essenciais que desenharam a tela da natureza. Com certeza, como antecipa Camus, o progresso da física, como, por exemplo, o conhecimento do número das dimensões do espaço; ou o progresso da neuropsicologia, como, por exemplo, o conhecimento de todas as estruturas organizacionais do cérebro; ou ainda o progresso de qualquer outra área do conhecimento científico pode preencher importantes detalhes, mas o seu impacto sobre a avaliação que fazemos da vida e da realidade seria mínimo. Com certeza, a realidade é o que pensamos dela; a realidade nos é revelada pelas nossas experiências. Até certo ponto, esta visão da realidade é compartilhada por muitos de nós, pelo menos implicitamente. Eu me vejo claramente entre os que pensam dessa maneira na vida cotidiana. É fácil ser seduzido pela face que a natureza revela diretamente aos nossos sentidos. Contudo, nas décadas que se seguiram à minha primeira leitura do texto de Camus aprendi que a ciência moderna nos conta uma história muito diferente. A lição essencial que emerge das investigações científicas dos últimos cem anos é a de que a experiência humana muitas vezes é um falso guia para o conhecimento da verdadeira natureza da realidade. Logo abaixo da superfície do cotidiano está um mundo que mal reconhecemos. Seguidores do ocultismo, devotos da astrologia e os que se atêm a princípios religiosos que falam de uma realidade que está além da experiência chegaram a essa conclusão há muito tempo e a partir de diferentes perspectivas. Mas não é isso o que tenho em mente. Refiro-me ao trabalho engenhoso de inovadores e pesquisadores incansáveis - os homens e as mulheres que fazem ciência - que dissecaram, folha por folha, camada por camada, enigma por enigma, a cebola cósmica, e revelaram um universo ao mesmo tempo surpreendente, estranho, impressionante, elegante e completamente diferente do que qualquer um de nós poderia esperar. Esses desenvolvimentos não são meros detalhes. Os avanços da física nos obrigaram e continuam a nos obrigar a fazer revisões radicais na nossa concepção do cosmo. Hoje, estou tão convencido quanto estava décadas atrás de que Camus acertou ao escolher o valor da vida como a questão mais essencial, mas as descobertas da física moderna persuadiram-me de que avaliar a vida pela ótica da experiência cotidiana é como contemplar um quadro de Van Gogh através de uma garrafa. A ciência moderna disparou sucessivos golpes sobre as evidências produzidas pela nossa experiência perceptiva rudimentar, revelando que ela com freqüência gera conceitos nebulosos a respeito do mundo em que vivemos. Assim, embora Camus tenha isolado as questões da física, classificando-as como secundárias, eu me convenci de que elas são primárias. Para mim, a realidade física constrói o cenário e fornece a luz para que possamos ver bem a questão de Camus. Julgar a existência sem contemplar as concepções da física moderna é como lutar no escuro com um inimigo desconhecido. Aprofundando o nosso conhecimento da verdadeira natureza da realidade física, reconfiguramos profundamente o senso a respeito de nós mesmos e a nossa experiência do universo. A preocupação central deste livro é explicar algumas das mais proeminentes e cruciais dessas revoluções na imagem que fazemos da realidade, concentrando-nos intensamente naquelas que afetam o projeto de longo prazo da nossa espécie, de compreender o espaço e o tempo. De Aristóteles a Einstein, das pirâmides aos observatórios no alto da montanha, do astrolábio ao telescópio espacial Hubble, o espaço e o tempo estão presentes no pensamento humano desde que aprendemos a pensar. Com o advento da era científica moderna, a sua importância cresceu vertiginosamente. Ao longo dos últimos três séculos, os acontecimentos da física revelaram que o espaço e o tempo são os conceitos mais indispensáveis, mais capazes de causar perplexidade, e, ao mesmo tempo, mais úteis na nossa análise científica do universo. Esses avanços também mostraram que o espaço e o tempo ocupam o alto da lista das construções científicas imemoriais que passam por fantásticas revoluções, a cargo da pesquisa de vanguarda. Para Isaac Newton, o espaço e o tempo simplesmente eram - formavam o cenário cosmológico inerte no qual os eventos do universo eram exibidos. Para o seu contemporâneo e freqüente rival Gottfried Wilhelm von Leibniz, "espaço" e "tempo" não eram mais do que palavras que nos permitem pensar nas relações entre os lugares onde os objetos estão e os momentos em que os eventos acontecem. Nada mais. Mas para Albert Einstein o espaço e o tempo eram a matéria-prima que compõe a realidade. Com as teorias da relatividade, Einstein transformou o pensamento a respeito do espaço e do tempo e revelou o papel protagonista que eles desempenham na evolução do universo. Desde então, o espaço e o tempo são as jóias da coroa da física, simultaneamente, familiares e misteriosos. A compreensão definitiva do espaço e do tempo tornou-se o grande prêmio da física e o maior dos seus desafios. Os desdobramentos de que trataremos neste livro entrelaçam o tecido do espaço e do tempo de diversas maneiras. Algumas idéias atuais questionam aspectos básicos do espaço e do tempo, que por séculos, quando não por milênios, pareciam inquestionáveis. Outras buscam um vínculo entre a nossa compreensão teórica do espaço e do tempo e os traços com que os identificamos na nossa experiência cotidiana. Outras mais levantam questões que seriam insondáveis dentro dos limites da nossa percepção comum. Falaremos apenas o mínimo necessário sobre filosofia (e absolutamente nada sobre o suicídio e o sentido da vida). Mas no nosso empenho científico em resolver os mistérios do espaço e do tempo recusaremos resolutamente quaisquer restrições. Desde o menor grão do universo e desde os seus primeiros momentos até as maiores distâncias e o futuro mais longínquo, examinaremos o espaço e o tempo em ambientes familiares e estranhos, buscando sem tréguas o conhecimento da sua verdadeira natureza. Como a história do espaço e do tempo ainda não acabou de ser escrita, não chegaremos a conclusões definitivas. Mas encontraremos uma série de desenvolvimentos - alguns profundamente bizarros, outros que dão claro prazer, alguns experimentalmente verificáveis, outros inteiramente especulativos - que nos darão uma idéia sobre o quão próximos estamos de envolver com as nossas mentes o tecido do cosmo e tocar com as mãos a textura da realidade. REALIDADE CLÁSSICA Os historiadores divergem quanto à data exata em que teria começado a era científica moderna, mas o certo é que quando Galileu Galilei, René Descartes e Isaac Newton nos delegaram os seus ensinamentos, ela passava por um intenso desenvolvimento. Naqueles dias, a nova atitude científica estava em plena formação e os padrões que se identificavam por meio de observações terrestres e astronômicas tornavam cada vez mais clara a existência de uma ordem que presidia a todos os eventos do cosmo, ordem acessível ao raciocínio bem estruturado e à análise matemática. Esses pioneiros do pensamento científico moderno argumentavam que, se vistos da maneira correta, os acontecimentos do universo não só eram explicáveis, mas também previsíveis. O poder da ciência para prever aspectos - de modo consistente e quantitativo - se havia revelado. Os primeiros estudos científicos concentraram-se no tipo de coisas que se podiam ver ou experimentar na vida diária. Galileu fez cair pesos do alto de uma torre inclinada (pelo menos assim nos diz a lenda) e observou bolas que rolavam por um plano inclinado. Newton estudou maçãs que caíam (pelo menos assim nos diz a lenda) e a órbita da Lua. O objetivo dessas pesquisas era o de afinar a nascente observação científica com o aspecto harmônico da natureza. Por certo, a realidade física era o objeto da experiência, mas o desafio era o de perceber a rima e a razão que estavam por trás do ritmo e da regularidade. Muitos heróis, célebres ou não, contribuíram para o progresso rápido e impressionante que então se fez, mas foi Newton quem ficou com os louros. Com um punhado de equações matemáticas, ele sintetizou tudo o que se sabia a respeito do movimento, assim na terra como no céu, e, ao fazê-lo, compôs a partitura do que ficaria conhecido como física clássica. Nas décadas que se seguiram à obra de Newton, as suas equações foram desenvolvidas em uma elaborada estrutura matemática que ampliou significativamente o seu alcance e a sua utilidade prática. A física clássica tornou-se gradualmente uma disciplina científica sofisticada e madura. As percepções originais de Newton foram, com certeza, o farol que iluminou todos esses progressos. Mesmo hoje, mais de trezentos anos depois, as equações de Newton são reproduzidas nos quadros-negros das aulas de introdução à física no mundo inteiro, impressas nos planos de vôo da Nasa, para computar as trajetórias das naves espaciais, e embutidas nos cálculos complexos das pesquisas de vanguarda. Newton resolveu uma pletora de fenômenos físicos dentro de um esquema teórico unificado. Mas, ao formular as leis do movimento, ele encontrou um obstáculo decisivo, que teve uma importância particular para a nossa história (veja o capítulo 2). Todos sabiam que as coisas podem mover-se, mas que dizer do cenário em que o movimento ocorre? É o espaço, todos responderiam. Mas Newton retrucaria: e o que é o espaço? Uma entidade física real ou uma idéia abstrata, nascida do esforço humano para compreender o cosmo? Newton percebeu que essa pergunta crucial tinha de ser respondida e que, se ele não tomasse uma posição quanto ao significado do espaço e do tempo, as suas equações que descreviam o movimento careceriam de sentido. A compreensão requer um contexto; a percepção requer uma âncora. Assim, com algumas rápidas sentenças no Principia mathematica, Newton articulou uma concepção do espaço e do tempo e os declarou entidades absolutas e imutáveis que proporcionavam ao universo um cenário rígido e constante. Segundo ele, o espaço e o tempo constituíam uma armação invisível que dava a forma e a estrutura do universo. Nem todos estavam de acordo. Houve quem argumentasse, de maneira persuasiva, que pouco sentido havia em atribuir existência a algo que não se vê, não se toca e não se sente. Mas o poder de explicação e de previsão das equações de Newton aquietaram os críticos. Por duzentos anos, a concepção absoluta do espaço e do tempo foi um dogma. REALIDADE RELATIVÍSTICA O caráter clássico da visão de mundo de Newton era belo e tranqüilizador. De acordo com ela, os fenômenos naturais eram descritos com notável precisão, e os detalhes dessa descrição - a sua forma matemática - alinhavam-se harmoniosamente com a experiência. Se um objeto sofre um impulso, ele ganha aceleração. Se uma pedra é arremessada com mais força, o impacto causado pela sua colisão será maior. Se você pressionar um objeto, sentirá que ele reage contrariamente a essa pressão. Quanto maior for um objeto, maior será a sua atração gravitacional. Essas são algumas das propriedades mais básicas do mundo natural, e quando se aprende o esquema newtoniano vê-se que elas são representadas com clareza meridiana nas suas equações. Ao contrário do inescrutável palavrório das bolas de cristal, a ação das leis de Newton estava à disposição de quem quer que desejasse prová-la, bastando para isso um mínimo de conhecimento matemático. A física clássica proporcionava uma âncora confiável para a intuição humana. Newton incluíra a força da gravidade nas suas equações, mas foi só em 1860 que o cientista escocês James Clerk Maxwell aplicou o esquema da física clássica para explicar a ação das forças elétrica e magnética. Maxwell precisou construir novas equações para fazê-lo, e a matemática por ele utilizada requeria maior treinamento por parte de quem quisesse entendê-la por completo. Mas essas novas equações explicaram os fenômenos elétricos e magnéticos com o mesmo êxito que Newton tivera ao explicar as leis do movimento. Ao final do século XIX, parecia evidente que os segredos do universo não poderiam resistir ao poder intelectual do homem. Com efeito, com a incorporação da eletricidade e do magnetismo, prevalecia uma sensação crescente de que o trabalho da física teórica logo estaria concluído. Muitos imaginavam que a física caminhava rapidamente para explicar todos os problemas e as suas leis logo estariam escritas e consagradas definitivamente. Em 1894, o renomado físico experimental Albert Michelson afirmou que "a maioria dos grandes princípios gerais já está formalmente estabelecida" e citou um "eminente cientista" - que muitos crêem ser o físico britânico lorde Kelvin - que declarara que tudo o que restava por fazer era a determinação de alguns números com uma quantidade maior de casas decimais. Em 1900, o próprio Kelvin notou que havia "duas nuvens" no horizonte - uma relativa às propriedades do movimento da luz e outra referente a aspectos da radiação que os objetos emitem quando aquecidos, mas a sensação geral era a de que estes eram meros detalhes que logo seriam resolvidos. Em uma década tudo mudou. Tal como Kelvin antecipara, os dois problemas foram prontamente enfrentados, mas estavam longe de ser meros detalhes. Cada um deles deu início a uma revolução que levou a uma reformulação drástica das leis da natureza. Os conceitos clássicos de espaço, tempo e realidade - os mesmos que, por centenas de anos, haviam funcionado tão bem e exposto de maneira tão concisa a nossa intuição a respeito do mundo - caíram fragorosamente. A revolução da relatividade, que tratou da primeira das "nuvens" de Kelvin, ocorreu em 1905 e em 1915, quando Albert Einstein concluiu as suas teorias da relatividade especial e da relatividade geral (veja o capítulo 3). Tratando de decifrar enigmas que envolviam a eletricidade, o magnetismo e o movimento da luz, ele percebeu que a concepção newtoniana do espaço e do tempo, a pedra angular da física clássica, estava errada. Em um período que durou algumas intensas semanas, na primavera de 1905, Einstein concluiu que o espaço e o tempo não são independentes e absolutos, como pensava Newton, mas sim interligados e relativos, o que foi profundamente inquietante para a experiência comum. Uns dez anos depois, Einstein cravou o último prego no caixão de Newton, ao reescrever as leis da física gravitacional. Dessa vez, ele não só demonstrou que o espaço e o tempo são partes de uma mesma totalidade, mas também revelou que, com as suas dobras e curvas, eles participam da evolução cósmica. Longe de serem as estruturas rígidas e imutáveis descritas por Newton, o espaço e o tempo, na visão einsteiniana, são flexíveis e dinâmicos. As duas teorias da relatividade estão entre as conquistas mais preciosas da humanidade e com elas Einstein derrubou o conceito newtoniano da realidade. Embora a física clássica pareça captar por meio da matemática praticamente tudo o que vivenciamos fisicamente, a realidade que ela descreve não é a realidade do nosso mundo. A nossa realidade é relativística. Contudo, como as diferenças entre a realidade clássica e a relativística só se manifestam em condições extremas (como velocidades extremas e gravidade extrema), a física newtoniana ainda proporciona uma aproximação extremamente precisa e útil em muitas circunstâncias. Utilidade e realidade são, no entanto, padrões muito diferentes. Como veremos, aspectos do espaço e do tempo que eram para nós absolutamente naturais revelaram-se falsas criações da perspectiva newtoniana. [...]