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Ateia, ela quer “bater na porta do céu”

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Quem é Lisa Randall, a física materialista que lança hipóteses inovadoras sobre gravidade e eletromagnetismo, além de filosofar sobre ciência, religião, simetria e verdade? 

Por Flávio de Carvalho Serpa,

na Retrato do Brasil

Meio constrangida por seus belos olhos azuis que lembram a cinematográfica Jodie Foster, a nova-iorquina Lisa Randall coleciona feitos de causar espanto na maioria dos colegas de ciência. E assédios também. Ira Flatow, premiado âncora da rádio pública americana NPR, acabou nas páginas do New York Times por uma imprudência no ar. O blog de ciência Cosmic Variance acusou Flatow de estar passando uma cantada ao vivo na cientista, sem falar no conteúdo machista implícito do tipo “bonita e inteligente”.

Aos 49 anos, solteira e sem filhos, Randall é altamente competitiva, acredita no poder dos desafios e não quer nenhum desconto por ser mulher, como ela não cansa de repetir. Seu currículo dá inveja a qualquer marmanjo barbudo da área de física teórica. Além de ser a primeira mulher titular na cadeira de Física em Harvard, a universidade mais conceituada do mundo, ela coleciona as primeiras titularidades femininas em Princeton e no MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). E foi a pessoa que mais se destacou em física teórica em todo o planeta durante cinco anos, período em que ocorreram mais de 10 mil citações de seu trabalho por outros cientistas.

A carreira de Randall começou na famosa e de difícil acesso Stuyvesant High School, em Nova York, onde foi colega de classe do não menos famoso cientista das teorias de cordas Brian Greene, autor de O universo elegante [Companhia das Letras, 2001] e O tecido do cosmo [Companhia das Letras, 2005]. Recentemente, ela foi de novo para a ribalta, meio a contragosto, quando o presidente de Harvard, Lawrence Summers, cometeu a gafe de declarar que são poucas as mulheres na ciência por causa de diferenças genéticas. Na polêmica que estourou, ele acabou tendo de admitir que falou demais e Randall foi indicada para trabalhar numa força-tarefa com o objetivo de monitorar a participação científica feminina e sugerir medidas reparadoras da situação.

Depois de conquistar seu lugar na difícil área da física teórica, Lisa enveredou também pelo campo da divulgação científica. Afinal, ela nunca abandonou as aulas tradicionais de física básica nas várias universidades por que passou.

Seu primeiro livro, Warped Passages (“Passagens torcidas”, sem tradução no Brasil), foi um grande sucesso internacional em 2005, mas aparentemente não vai chegar tão cedo ao leitor brasileiro, se algum dia chegar. Ela acaba de lançar sua segunda obra:“Batendo à porta do céu”, (Companhia das Letras, 2013). Enquanto Warped Passagesfoi um livro de divulgação científica essencialmente baseado no paper que lhe rendeu as mais de 10 mil citações, Knocking on heaven’s door (o título original é uma referência a uma canção de Bob Dylan) tem ambição mais ampla, enveredando até por teorizações filosóficas sobre a arte, beleza e verdade. Ou mesmo opiniões práticas sobre trivialidades, como os aparelhos da moda da Apple. “O iPod é só engraçado mas inútil”, escreve ela.

Knocking on heaven’s door, para Randall, que é declaradamente ateia, é uma metáfora da busca atávica dos humanos pelo conhecimento. Se os religiosos vão buscar revelações nas esferas celestes, Lisa tem outro caminho: a ciência e o materialismo, sem concessões místicas. “A parte religiosa do cérebro não pode agir ao mesmo tempo que a científica. Elas são simplesmente incompatíveis”, escreve ela. Os primeiros capítulos do livro são justamente de negação da revelação religiosa como fonte de conhecimento da natureza. Mas ela admite que “as pessoas querem respostas e orientações que a ciência não pode dar”, especialmente quanto ao conforto existencial.

Para entender seu mais recente livro, é preciso voltar ao primeiro: Warped Passages. Nele Lisa explica sua teoria para resolver um dos grandes mistérios da física: por que a gravidade é uma força tão fraca em comparação com as outras, como o magnetismo, a eletricidade e as forças atômicas? O problema pode parecer bizarro e menos importante que assuntos mais populares como o famoso bóson de Higgs ou o big bang, mas, se for resolvido, pode levar à solução de muitos outros problemas atualmente intratáveis da física e da cosmologia. Quem leva um tombo imagina que a força da gravidade é poderosa, mas basta um ímã para atrair um clipe metálico, vencendo a força da gravidade de todo o planeta.

Curiosamente, Lisa teve o seu encontro traumático com a gravidade numa desastrada aventura de alpinismo, que pratica sempre que tem folga. Despencou de uma montanha e acordou num helicóptero, voando às pressas para o hospital, com o calcanhar quase destruído e escoriações generalizadas. Ela foi acidentalmente atraída pela gravidade, quando escalava uma rocha no Parque Nacional de Yosemite.

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A pancada gravitacional teve sua compensação, como no caso de Newton, que teria sido inspirado pela queda gravitacional de uma maçã na sua cabeça. Durante vários meses, presa a uma cama com a perna engessada, rascunhou o Warped Passagese pôde refletir ironicamente sobre a força da gravidade, que considera ser tão fraca. Se a força da gravidade fosse um pouco mais forte, o tombo de Yosemite resultaria num bonito epitáfio: aqui jaz a jovem Lisa Randall, a física teórica mais citada durante cinco anos, aquela para quem o inglês Stephen Hawking guarda o lugar na mesa enquanto ela vai ao pódio proferir suas esotéricas palestras teóricas, sobre dimensões adicionais ocultas do nosso Universo.

Warped Passages não é uma obra de exploração dos mundos com mais dimensões, mas sim uma que usa o recurso de uma dimensão adicional oculta para explicar a debilidade da força gravitacional. Não espere encontrar especulações sobre como poderiam ser os seres grotescos ou formidáveis de uma dimensão onde a força da gravidade é tão poderosa. Mas ao longo do livro vão aparecer coisas espantosamente exóticas como as “branas”, o nome genérico da nossa popular membrana, que é uma entidade matemática de três dimensões, como o couro de um tambor. Uma membrana clássica é um caso particular de brana com apenas duas dimensões, mas teoricamente poderia ter mais dimensões. Quando essa brana tridimensional ressoa, ela obedece a equações matemáticas da mesma forma que uma corda de violino ou um batuque do tambor.

A totalidade do Universo é uma coisa chamada “bulk” (o volume) ou “espaço de imersão”, com muitas dimensões. Dentro dele podem existir várias branas-mundos, também de dimensões variadas, mas sempre com menos dimensões que o “bulk”. Segundo a tese de Lisa, vivemos numa brana privilegiada (do nosso ponto de vista, claro), com três dimensões espaciais e o espaço-tempo. Mas, por algum acidente cósmico ou por força de alguma lei desconhecida, a gravidade, que faz maçãs e alpinistas despencarem, não mora na nossa brana. As branas que ela afeta estão quase amontoadas em outra, batizada de brana-Planck, onde ela reina absoluta e com potência plena.

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Quando Randall e seu colega coautor Raman Sundrum fizeram os cálculos e equações, em 1999, descobriram que o caminho ou o tecido do espaço-tempo entre as branas contidas no “bulk”, o nosso Universo, teria de ser fortemente torcido. Quer dizer, a força da gravidade (ou os grávitons, suas partículas portadoras) tinha de vazar da brana-Planck e se retorcer até a nossa brana, a que contém todas as nossas galáxias visíveis. Por essa razão, a gravidade chega aqui tão fraca, teoriza a pesquisadora americana. Na brana onde ela se origina, é tão forte como o

Stephen Hawking

 e as forças atômicas – se essas forças existirem lá.

Pode parecer coisa de ficção científica, mas os cientistas do Cern, o Centro Europeu de Pesquisas Nucleares, levaram a tese de Lisa a sério, e estão preparando experimentos no LHC, o grande colisor de prótons, para testar a teoria. Quando o LHC estiver operando a todo vapor, existe a possibilidade de aparecerem nos detectores os rastros de uma partícula viajante de outra dimensão. A partícula KK (Kaluza-Klein), como seria apelidado esse viajante, no entanto, é muito furtiva. Os físicos de partículas vão ter de se contentar em ver apenas os rastros deixados pelos viajantes da outra dimensão.

O grande colisor do Cern é como uma superpista onde dois feixes de prótons, acelerados em direções opostas, colidem numa área cheia de detectores. A colisão quebra os prótons e, além dos cacos, gera energias suficientes para criar novas partículas, segundo a fórmula E = mc2. Como as energias são muito altas, aparecerão partículas muito pesadas e instáveis, que não existem livres na natureza.

Uma delas pode ser a Kaluza-Klein, segundo espera Randall. Essa entidade na verdade está prevista desde 1920, quando os físicos Theodor Kaluza e Oskar Klein resolveram adicionar mais dimensões às equações relativísticas de Einstein. Essa famosa equação de gravitação universal é matematicamente escalável. Isso quer dizer que o físico pode incluir nela tantas dimensões (além das tradicionais x, y, z) quanto quiser, sem atrapalhar a consistência matemática e ortodoxia da equação. Foi esse também o caminho que Lisa e Raman Sundrum tomaram. Partiram dessas clássicas equações einsteinianas, incluindo mais uma dimensão que não conseguimos ver ou detectar. A única concessão não ortodoxa, e bem eclética, foi usar a ideia matemática da brana, um conceito que vem da polêmica teoria de cordas. Pelos cálculos de Lisa e Sundrum, os “raios” de gravidade (ou a rota dos grávitons, que seriam as partículas portadoras da força de gravidade) não sairiam da sua brana de origem em feixes paralelos, mas, por exigências matemáticas, teriam de avançar num espaço-tempo espremido e torcido, onde perderiam força exponencialmente. A partícula KK, se detectada no LHC, viria de um universo onde a hierarquia das forças seria respeitada, sendo a gravidade tão forte quanto as outras forças básicas da natureza cósmica.

Knocking on heaven’s door é uma obra mais ambiciosa, se não em profundidade, pelo menos em abrangência. Segundo a autora, são dois livros na verdade. “Um é a origem do meu primeiro livro, combinada com uma atualização sobre onde estamos agora e sobre a expectativa que temos”, especificamente sobre os coelhos imprevistos que podem sair do chapéu mágico dos dados revelados pelo LHC nos próximos anos. Apesar de ser física teórica de formação, Lisa mergulhou nos detalhes técnicos de engenharia dessa monumental máquina – a maior já construída no planeta – para explicar como ela vai funcionar e o que poderia se esperar dela. Os problemas técnicos e eletrônicos não são apenas detalhes. Afinal, sua teoria do viajante de outra dimensão vai ser testada no LHC e ela quer saber todos os detalhes de como isso vai ser feito.

De fato, os cientistas do LHC, além da teoria geral, devem dominar a tecnologia eletrônica dos detectores que vão registrar os rastros das partículas resultantes das colisões de prótons no acelerador. Os sensores do LHC são tão sensíveis que os físicos tiveram de adicionar aos softwares de registro coisas como o nível da água no Lago Genebra, que fica perto do colisor e pode alterar as leituras embaixo da terra. No LHC, a fronteira entre físicos teóricos e experimentais está embaralhada e não há lugar para especializações estanques. Nos primórdios da física de partículas, esses sensores, além de toscos, deixavam rastros visíveis ao olho do pesquisador. Por exemplo, usavam-se filmes fotográficos onde as partículas deixavam um rastro por onde passavam e o enxame de outras partículas quando havia desintegração ou choque. Mas as partículas que o LHC busca são muito ariscas. Elas raramente interagem visualmente com o material do sensor. Bizarramente, muitas das medidas que vão ser feitas miram em partículas que simplesmente desaparecem. Mas sabendo a energia e a trajetória da partícula original, os cientistas podem calcular a diferença de energia que desapareceu. Isso quer dizer que foi formada uma partícula que não interage com as formas de matéria dos sensores e das forças conhecidas ou que simplesmente fugiu para outra dimensão.

Para quem tiver a perseverança de atravessar esse capítulo – que a própria autora sugere pular -, a obra apresenta um sintético balanço do estado atual dos conhecimentos científicos sobre a matéria. Em resumo, estamos praticamente onde estávamos na década de 1970, quando foi consolidado o chamado “modelo-padrão”, uma tabela que reúne de forma organizada todas as forças e partículas conhecidas, com a notável exceção da força da gravidade.

O LHC, essa poderosa máquina europeia, vai provocar colisões com as energias existentes no universo na idade de apenas alguns trilionésimos de segundo após o big bang. Nos destroços dessas colisões, os físicos esperam achar sinais de novas partículas que não só revelem o bóson de Higgs, a partícula que dá massa a todas as outras, mas também ampliem o modelo-padrão. E como surgiu esse milagroso bóson de Higgs, também apelidado de “partícula Deus”?

Nesses trilionésimos de segundo após o big bang, o universo se expandiu, esfriou e mudou de fase, “como a transição de fase que acontece quando a água líquida em ebulição passa à fase de vapor”. Para os adeptos do materialismo dialético, é a famosa transição de saltos quantitativos para um salto qualitativo hegeliano. Nessa nova fase do universo em expansão, aparece um campo qualitativamente novo, o campo de Higgs. As partículas que interagem com ele ganham massa, assim como o elétron ganha carga elétrica do campo eletromagnético. O fóton não interage com o campo de Higgs e, portanto, não tem massa e pode viajar na velocidade da luz, sem sofrer “atrito” com esse campo milagroso.

A parte do livro em que Lisa filosofa sobre ciência, simetria, beleza e verdade não é diletantismo poético, e sim uma prática de metodologia. Desde o surgimento da mecânica quântica, no começo do século passado, muitos cientistas teóricos foram tentados a ver a “elegância” de uma equação matemática como prova da sua verdade. Hoje em dia, a teoria de cordas é essencialmente uma formulação matemática abstrata e bonita, que não tem como ser provada na prática. A teoria de cordas e sua rival, a da gravitação quântica, são teorias chamadas de “top-botton” (de cima para baixo), nas quais os elementos primordiais são definidos e depois se deduzem as escalas mais baixas. Lisa é adepta de abordagens “botton-top” (de baixo para cima). Ela parte da nossa realidade conhecida e sobe as escalas de energia para tentar chegar até o topo, numa suposta teoria final que explique tudo e una a teoria da relatividade com a mecânica quântica.

Mas, enquanto isso, ela lida com o conceito de “teoria efetiva” que vale numa determinada “escala”. Assim ela afasta, provisoriamente, o espinhoso problema da unificação da teoria da relatividade com a mecânica quântica, coisa em que Albert Einstein se empenhou sem sucesso até o fim da vida.

Há também um capítulo que trata especificamente da ideia de simetria. Mas o conceito é mais amplo do que o da beleza simétrica de borboletas, faces humanas ou da pintura e fotografia em geral. Na física, a simetria inclui também a simetria de forças e equações. A quebra de simetria, muito ao gosto da pintura japonesa, como observa Lisa, tem consequências fundamentais para as leis físicas. Quando a natureza exclui uma opção simétrica, coisas espantosas acontecem. O fenômeno físico mais famoso, que também vai ser testado no LHC, é o aparecimento de um campo de forças assimétrico para o bóson de Higgs, que, como já foi dito, confere massa a todas as partículas, da mesma maneira que um campo elétrico confere carga elétrica a um elétron. Outro fenômeno que está sendo estudado no LHC envolve a quebra de simetria entre a quantidade de matéria e antimatéria logo após o big bang. Não fosse a natureza favorecer a matéria comum, por alguma razão ainda não totalmente esclarecida, matéria e antimatéria teriam se aniquilado ao longo do tempo e só restaria a energia pura no universo. Portanto, estamos aqui estudando o big bang no LHC porque a natureza violou uma simetria básica. Se os filósofos gregos imaginavam que beleza, simetria e verdade eram a mesma coisa, erraram redondamente. Ou melhor, esfericamente, nessa nova era de coisas multidimensionais.

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