A mecânica quântica, aparentemente assunto hermético para a maior parte das pessoas, teve consequências dramáticas no seu modo de vida. Dela saíram os transístores e os circuitos integrados, base dos computadores atuais e de inúmeros aparelhos eletrônicos, de celulares a TVs. A teoria quântica fornece os instrumentos teóricos necessários para projetar lasers, sem os quais seria impossível a comunicação pela internet (devido ao enorme fluxo de informações) e que são a base dos CDs, DVDs e blu-rays. Mesmo antes da popularização da internet, em 1993, o físico Leo Lederman avaliava, no seu livro The god particle, que cerca de 25% do produto interno bruto dos Estados Unidos estava ligado a tecnologias que dependiam diretamente de fenômenos descritos por essa teoria.

Circuito integrado. Imagem: Wikipedia.

Esse “reinado” não é um privilégio quântico. Cada vez mais, grande quantidade de aspectos cotidianos da vida moderna está “embebida” de referências às mais diversas áreas do conhecimento científico. Assuntos como a importância ou não das usinas nucleares, os problemas ecológicos, os alimentos transgênicos e a engenharia genética exigem que as pessoas tenham cada vez mais conhecimento de causa sobre conceitos da ciência para garantir que as legislações revertam em benefício da sociedade como um todo e não de pequenos grupos de uns poucos.

Essas são as partes mais visíveis. Há outras influências mais sutis das ciências naturais (química, física, biologia) sobre a sociedade, que se imiscuem pela cultura em geral adentro. Comerciais de TV apelam frequentemente a termos científicos para fazer seus produtos parecerem mais confiáveis; diretores e produtores de filmes, especialmente os de ficção científica, preocupam-se em dar alguma verossimilhança para as aventuras com base na ciência; os currículos das escolas dão hoje muito mais ênfase em disciplinas voltadas a ciência e tecnologia do que há poucas décadas.

Os tentáculos do impacto das teorias das ciências naturais no perfil do ser humano moderno alcançam até mesmo elementos culturais talvez tão antigos quanto a própria cultura, como a cosmogonia – o pensamento sobre a origem do mundo. De fato, a teoria do Big Bang veio interferir fortemente na concepção popular sobre a gênese do Universo. Simetricamente, a própria angústia sobre o fim do mundo deslocou-se, no Ocidente cristão, do castigo divino ou do Juízo Final para catástrofes provocadas pela tecnologia do próprio ser humano – até há bem pouco tempo, o holocausto nuclear; agora, os desastres ambientais.

As relações são bilaterais e são também culturais

Vamos aqui nos ater às teorias da física. Para tratar da sua influência sobre o modo de vida moderno, é necessário primeiro desfazer alguns estereótipos. Primeiro: normalmente, associa-se ciência com desenvolvimento da tecnologia. Claro que essa associação é estreitíssima; porém, a ciência também influi – e muito – na cultura (sem falar que a própria ciência é também cultura!). Foi dado acima o exemplo da interferência da teoria do Big Bang nas concepções sobre cosmogonia e da penetração de conceitos científicos nas artes e nos meios de comunicação de massa e, em boa parte por meio destes, na cultura popular.

Segundo: em geral, considera-se apenas a influência da ciência na tecnologia e (quando é o caso) na cultura, e não o contrário. Mas o mecanismo muitas vezes acontece nas duas mãos, em diferentes graus, dependendo da situação. No caso da relação ciência-tecnologia, livros mais detalhados de história da ciência sempre dão espaço para o impacto das inovações tecnológicas nos seus rumos. Um caso clássico de rica articulação entre a evolução das duas áreas é o desenvolvimento da termodinâmica e das máquinas a vapor durante as primeiras fases da Revolução Industrial (século XVIII). A necessidade de aperfeiçoamento nas máquinas demandava novas teorias, que, por sua vez, permitiam novas inovações nos artefatos, as quais, por sua vez, induziam novos estudos teóricos e assim por diante.

Locomotiva. Imagem: Wikipedia.

Já no caso da interação bilateral entre ciência e cultura, talvez um dos exemplos mais evidentes seja o nascimento das teorias astronômicas e físicas nos século XVI-XVII: o Sol como centro do Universo e não a Terra – a teoria heliocêntrica de Copérnico –; o empiricismo ou primado da observação empírica na investigação da natureza; a matematização da ciência por Newton etc. São elas filhas da dessacralização progressiva do pensamento europeu ocidental que se processou durante a Renascença desde pelo menos os fins do século XIII. Essa transformação cultural permitiu um desenvolvimento da racionalização da abordagem científica e do rompimento com as teorias defendidas pela elite intelectual da época, os escolásticos dos mosteiros medievais, e sustentadas pela Igreja. Na verdade, a própria escolástica fomentou o florescimento do racionalismo com suas sofisticadas exegeses das Escrituras.

Um interessante caso mais recente e de outra ordem é o da teoria do Big Bang, confundida por muitos cientistas ocidentais cristãos como o próprio momento da Criação, no sentido bíblico do termo. Trata-se, portanto, da influência da matriz cultural dos cientistas na interpretação da teoria, não na sua formulação propriamente dita. Aliás, essa teoria, não por acaso, foi formulada por um sacerdote religioso, o cônego belga Georges Lemaître (1894-1966), em 1927. Ela diz que o Universo como o conhecemos hoje surgiu a partir de uma situação em que toda a matéria encontrava-se extremamente concentrada e sofreu uma brusca expansão – expansão esta que continua até hoje (de fato, as observações astronômicas mostraram que as distâncias entre os grupos de galáxias aumenta progressivamente). Apesar de haver reações a essa interpretação ou à própria teoria em si desde sua formulação, apenas nos dias de hoje essa imagem etnocêntrica do Big Bang está sendo desmontada. Alguns cientistas contemporâneos reagem a ela explicitamente, como o físico Mário Novello.

A física moderna

Vejamos então no que consistem essas teorias modernas que têm tanta influência na conformação do ser humano moderno.

A chamada “física moderna” tem dois pilares: as teorias da relatividade e a mecânica quântica, surgidas basicamente no primeiro quarto do século XX. Ambas vieram substituir a teoria vigente até então, a chamada física newtoniana ou física clássica, baseada na mecânica formulada por Isaac Newton (1643-1727) na segunda metade do século XVII e que é aquela física normalmente estudada hoje nos colégios.

São dois pilares porque ambos começaram de modo independente no início do século XX e atualmente ainda não se conseguiu uma teoria consistente e comprovada por observações que os abarcasse. Cada um tem seus domínios de validade. Muito simplificadamente, pode-se dizer que a mecânica quântica trata de fenômenos envolvendo energias extremamente pequenas, em geral da ordem das energias de átomos em moléculas; e as teorias da relatividade, de energias muito grandes (energias cinéticas equivalentes a velocidades próximas à da luz; energias de campos gravitacionais próximos aos das superfícies das estrelas mais densas etc). Seus resultados afastam-se dos da física clássica nessas situações; e em geral tornam-se indistinguíveis das dela para energias mais próximas às do nosso cotidiano (por isso, elas são generalizações da física clássica – não provaram que esta última estava errada num sentido estrito, mas a complementaram).

Os conceitos mais básicos da mecânica quântica são bastante anti-intuitivos. Eis alguns:

• a teoria prevê apenas probabilidades, ao que parece não por causa das limitações inerentes aos aparelhos de medida, mas por causa de um indeterminismo intrínseco à própria natureza;

• o que entendemos normalmente por partícula é na verdade uma entidade distinta que se comporta às vezes como corpúsculo material e às vezes como onda;

• a energia de muitos fenômenos é quantizada, como que constituída de minúsculos “pacotes” de energia, chamados quanta (plural de quantum);

• estados físicos (como “parado” e “em movimento”, ou como “nesta posição” e “naquela posição”) podem ser combinados, produzindo terceiros estados distintos (superposição quântica);

• superposições quânticas de duas ou mais partículas produzem situações em que não é possível associar um estado físico para cada partícula individual, mas apenas ao conjunto todo (“estado emaranhado”).

As teorias da relatividade, por sua vez, estão no plural porque são duas: a especial e a geral. A especial diverge da newtoniana para velocidades muito grandes, próximas à da luz. Fala da equivalência entre massa e energia (descrita pela famosa fórmula E = mc2), da dependência dos intervalos de tempo e de comprimentos com relação ao observador, da impossibilidade de velocidades maiores que o valor da velocidade da luz no vácuo (300 mil km/s, aproximadamente).

A teoria da relatividade geral dá resultados diferentes dos da física clássica para campos gravitacionais extremamente intensos e para distâncias muito grandes, da ordem das de galáxias ou maiores. Fala sobre a curvatura do espaço-tempo e é a base das teorias sobre buracos negros e da evolução do Universo como um todo (a “cosmologia científica”), incluindo o Big-Bang.

Para contextualizá-las melhor, é interessante relacioná-las com as duas partes da mecânica de Newton: sua teoria do movimento (a mecânica propriamente dita) e a sua teoria da gravitação universal (aquela que diz que “dois corpos se atraem com uma força diretamente proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa” – é a força da gravidade). A mecânica quântica e a teoria da relatividade especial substituíram a teoria do movimento de Newton, cada uma no seu âmbito de validade. Já a teoria da relatividade geral substituiu a teoria da gravitação. Não existe ainda uma teoria quântica da gravitação que seja comprovada experimentalmente.

Os dois pilares foram unificados parcialmente. A mecânica quântica e a relatividade especial foram “fundidas” em uma única teoria, conhecida por “teoria quântica do campo”, formulada entre o fim dos anos 1920 e os anos 1940. Já a teoria da relatividade geral permanece incompatível com a mecânica quântica (e com a teoria quântica do campo). Encontrar uma teoria única consistente com ambas é uma das principais fronteiras da física teórica atual. Há candidatas, como a teoria das cordas e a teoria da gravitação em laços – “loop quantum gravity” –, mas ainda sem comprovação experimental.

Perspectivas sobre o lugar do ser humano no mundo

De volta às influências. Vimos no início deste texto o impacto tremendo, na sociedade, das tecnologias baseadas em fenômenos quânticos. Essa influência tende a se aprofundar, pois novas tecnologias estão à vista, como a nanotecnologia e a computação quântica. Esta última, aliás, usa conceitos quânticos bastante afastados da intuição – a superposição de estados e o emaranhamento descritos acima – e é interessante imaginar qual será, a longo prazo, a reação da sociedade à tensão entre a impenetrabilidade desses conceitos e a sua presença intensiva oculta por detrás da vida prática.

É necessário dizer que outra teoria anterior também teve impactos ainda maiores: a termodinâmica. Como dito anteriormente, ela surgiu juntamente com as pesquisas sobre a máquina a vapor – que, por sua vez, ocorreu no contexto das primeiras fases da Revolução Industrial, no século XVIII. O impacto na sociedade dessa revolução e da generalização do uso desses artefatos na indústria e nas locomotivas a vapor é tão grande que é difícil de se estimar. Houve consequências dramáticas na divisão social do trabalho, na vida das pessoas que passaram a trabalhar às vezes mais de 14 horas em indústrias, na economia da Inglaterra e depois do resto da Europa e do mundo.

Falemos agora de cultura. Em particular, dos desdobramentos das duas teorias da relatividade sobre a cultura.

O caso da teoria da relatividade geral está intimamente ligado ao da cosmologia e pode ser visto como uma continuação de processos anteriores que vêm desde o século XVI. Por volta de 1510, o astrônomo germano-polonês Nicolau Copérnico (1473-1543) formulou sua teoria heliocêntrica, segundo a qual os planetas (e estrelas) se moveriam ao redor do Sol, e não da Terra. Sua teoria não foi levada a sério de imediato pela maior parte das pessoas, mas com o tempo acabou por suplantar sua antiga rival. Era uma mudança radical na percepção do ser humano sobre seu lugar na ordem das coisas.

A cosmologia de então estava fortemente baseada numa interpretação das teorias de Aristóteles (384 a.C.–322 a.C.) feita pela filosofia medieval em articulação com as Escrituras sagradas cristãs. Um de seus aspectos, falando simplificadamente, dizia que, sendo o céu a morada divina, tudo lá tinha que ser perfeito – em particular, as formas dos astros e de suas órbitas teriam necessariamente que ser circulares, o que seria a forma perfeita. O círculo era, assim, o movimento natural no céu, enquanto na Terra era a linha reta.

Essa perfeição foi sendo desmontada aos poucos. Após Copérnico, o astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) mostrou, a partir de dados astronômicos precisos, que as órbitas eram elípticas, e não circulares, e descreveu o movimento dos astros com três leis que, mais tarde, foram usadas por Newton para descobrir qual força os faria mover-se daquela forma – era a força da gravitação universal. Galileu (1564-1642) mostrou a existência das manchas solares, das crateras da Lua (imperfeições nos imaculados corpos celestes, impensáveis para os escolásticos mais ortodoxos) e dos satélites de Júpiter – elementos estranhos ao maquinário cósmico escolástico que giravam ao redor de um centro que não era a Terra (nem o Sol).

Imagem: Wikipedia

Na época de Newton, a dessacralização já estava madura o suficiente para que se aceitasse que a física celeste e a física na Terra eram a mesma. Talvez a teoria da gravitação possa ser considerada um símbolo da concretização dessa ideia: a força que faz cair a maçã na Terra é a mesma que faz com que os astros girem ao redor do Sol em suas órbitas elípticas.

A cosmologia no século XX

A revolução na percepção de mundo não parou aí. O ano de 1917 foi outro marco. Nele, surgiu o que se chama hoje “cosmologia científica”. Até então, essa expressão, ou, mais precisamente, sua irmã, “cosmogonia científica”, era praticamente uma antinomia – as teorias cosmogônicas eram todas míticas. Elas vão dos mitos indígenas até a mitologia grega, da filosofia hindu até a tradição oral de tribos africanas. No ano anterior, em 1916, Albert Einstein (1879-1955) – e, independentemente, David Hilbert (1862-1943) – concluiu sua Teoria da Relatividade Geral. Einstein percebeu que essa teoria poderia ser usada para descrever o Universo como um todo, pois a força que rege sua evolução em larga escala é exatamente a gravitação. Em 1917, ele publicou o primeiro modelo cosmológico científico com sua teoria. Era o nascimento da cosmologia científica.

Outros desenvolvimentos da astronomia provocaram mudanças na cosmologia que foram assimiladas pelo público em geral:

• Os universos-ilha – Nos anos 1920, um conjunto de observações astronômicas de Edwin Hubble (1889-1953) mostrou que várias nebulosas – objetos celestes com aspecto de imensas nuvens – eram, na verdade, galáxias como a Via-Láctea, “universos-ilhas”.

• A expansão do Universo – a noção de que o Universo em larga escala seria estático no tempo era tão arraigada no Ocidente que o próprio Einstein introduziu um termo a mais em suas equações, pois não aceitava que estas implicassem em um Universo dinâmico, como acontecia (mais tarde, disse ter sido esse o maior erro de sua vida). O russo Alexander Friedmann (1888-1925), no entanto, no início dos anos 1920, propôs um modelo mais sofisticado que previa um Universo em expansão. Em 1929, as observações astronômicas de Hubble mostraram que o Universo de fato não é estático, mas dinâmico. As distâncias entre os grupos de galáxias estão constantemente aumentando – o Universo expande-se continuamente no tempo (a relatividade geral mostrou que é o próprio espaço que se expande e, com ele, os grupos de galáxias).

• Teoria do Big Bang – Originou-se da constatação da expansão do Universo: extrapolando-a para trás no tempo, conclui-se que um dia a matéria esteve concentrada numa pequena região do espaço. A partir daí, sofreu uma forte expansão que originou a conformação atual do Cosmo. Foi também criada com base na relatividade geral.

Coroando todo esse processo secular, em 1966, foram divulgadas fotos, da sonda lunar Orbiter, da Terra nascendo no horizonte da Lua – ainda por cima, em fase crescente. Uma inversão de perspectivas que causou forte impressão na época.

Foto: Nasa.

Tudo é relativo?

Outra teoria física com impacto cultural interessante foi a Teoria da Relatividade Especial.

É comum associar-se a ela a noção de que “tudo é relativo”. Porém, como todas as outras teorias da física, a relatividade fala apenas de entes físicos – matéria, energia, espaço e tempo. Além disso, a ideia original da teoria, apesar do nome, foi inteiramente oposta: recuperar a uniformização dos pontos de vista de todos os observadores no que tange à descrição física do mundo. Na virada do século XIX para o XX, essa uniformização, existente na teoria de Newton, parecia ter sido quebrada pelo eletromagnetismo. A razão disso era que o eletromagnetismo é incompatível com a teoria de Newton (porque é compatível com a relatividade). A dependência das distâncias e dos intervalos de tempo com relação aos observadores é, na verdade, uma manifestação da equivalência dos pontos de vista de todos os observadores inerciais (que mantêm velocidade constante entre si).

Certamente a interpretação de que tudo é relativo não se deveu apenas à teoria da relatividade, mas ao espírito da época, de frustração com as expectativas progressistas do século anterior e revisão de valores estabelecidos em todas as áreas – artes, moral, política, filosofia.

Não só. Estamos falando aqui de relação entre ciência e cultura, mas a própria ciência também é cultura. Autores como Mauro de Almeida relacionam o impacto da teoria da relatividade na percepção geral das pessoas com as teorias antropológicas sobre relativismo cultural que apareceram desde o início do século XX. De novo, foi apenas um fator: importante também foi o contato dos antropólogos com as diversas culturas africanas a partir do fim do século XIX, quando os domínios coloniais das potências europeias avançaram rapidamente sobre o território africano, na intensa corrida imperialista de ocupação do continente que se seguiu ao Pacto de Berlim de 1885-6.

Um caso particularmente interessante descrito por Almeida em seu artigo no livro Einstein: muito além da relatividade (Instituto Sangari) é o do estruturalismo do antropólogo belga Claude Levi-Strauss (1908-2009). Ele baseou sua teoria da microfísica do parentesco nos grupos de transformação da matemática e na busca de invariantes. A teoria dos grupos é uma parte da matemática que descreve certos tipos de conjunto chamados “grupos”, mas ela foi apropriada pela física em seu caso particular em que os grupos são conjuntos de “transformações de simetria” – modificações dos sistemas físicos que não alteram sua configuração, por causa de sua simetria (como um reflexo do corpo humano, sua imagem no espelho, que parece idêntica à original por causa de sua simetria esquerda-direita). A função dessa teoria físico-matemática é explorar ao máximo as considerações de simetria para simplificar problemas e extrair, com raciocínios rápidos e simples, resultados que de outra forma demandariam extensos cálculos. Lévi-Strauss usa método muito semelhante na sua teoria e se refere explicitamente à original matemática.

Desenho de Pearson Scott Foresman. Fonte: Wikipedia

Usos de teorias da física e da matemática em analogias e metáforas nas ciências humanas e na filosofia não são raros. Supostos exageros levaram à denúncia escandalosa do físico Alan Sokal, que publicou um texto inventado numa revista de sociologia de prestígio e depois desmascarou a farsa, causando grande debate sobre o uso de tais analogias.

Também a relativização dos intervalos de tempo inspirou cientistas de outras áreas. O pedagogo Jean Piaget afirmou, em seu livro A noção de tempo na criança – que surgiu a partir de uma sugestão de Einstein –, que “o tempo relativista de Einstein expressa um princípio válido da formação do tempo físico e psicológico desde a gênese do tempo nas crianças de tenra idade”.

Finalmente, há autores, como Arthur Miller, que vêem na obra do pintor cubista espanhol Pablo Picasso (1881-1973) influência da teoria da relatividade. Ainda na arte, a relativização dos intervalos de tempo e a possibilidade científica real de viagens temporais (ver artigo na ComCiência) levou ao advento de verdadeiros paradigmas, soluções utilizadas recorrentemente na área de ficção científica (como os saltos no espaço-tempo para vencer distâncias a velocidades maiores que a da luz, ideia inspirada nos “túneis de vermes” – “wormholes” – previstos pela Teoria da Relatividade Geral).

Esses dois exemplos, das teorias astronômicas e cosmológicas e da Teoria da Relatividade Especial, ilustram duas das diferentes maneiras pelas quais as teorias físicas podem influenciar a cultura humana. Nas primeiras, falou-se de uma influência direta, pela qual o conhecimento científico foi assimilado pelo público em geral e passou a interferir nas suas noções cosmológicas. Na segunda, o exemplo foi da passagem de elementos da teoria original para outros âmbitos, com significados alterados em diferentes graus. Já a mecânica quântica e a termodinâmica, comentadas mais rapidamente na primeira parte do texto, ilustram impactos fortes no modo de vida da sociedade por meio das tecnologias que delas derivaram. Há também curiosos desdobramentos culturais da mecânica quântica – reações contra o determinismo, teorias místicas etc – mas, por falta de perspectiva histórica suficiente, seu significado não é muito claro e muito disso pareceu revelar-se, após o ano 2000, meros modismos milenaristas passageiros.

Roberto Belisário é doutor em física pela Universidade Estadual de Campinas, com especialização em jornalismo científico e atuante em divulgação científica.