DETECTADAS NOVAS ONDAS GRAVITACIONAIS

Texto primeiramente publicado na imprensa regional.

T. PYLE/LIGO

Há milhares de anos que o ser humano desvenda o universo através da luz visível. Com ela aprendemos a ver o cosmos. No século XVII, a partir do uso do telescópio por Galileu para observar o céu nocturno (e não só) descobrimos que havia muito mais luz onde antes só havia breu. Com o progressivo desenvolvimento de melhores telescópios os astrónomos foram vendo cada vez mais estrelas, descobrindo galáxias e outros astros. A contemplação do universo deslumbrava, mas o melhor ainda estava para vir.

Com a descoberta de diferentes gamas de radiação electromagnética (infravermelho, ultravioleta, ondas de rádio, micro-ondas, raios X, raios gama), de que a luz visível é uma muito pequena parte, foi possível amplificar a nossa íris de observação do universo e descobriu-se o que antes não se conhecia nem se pensava existir. O Universo é muito maior e antigo do que se julgava. Uma nova astronomia e cosmologia nasciam há cerca de cem anos.

Contudo, temos observado o universo “só” através da radiação electromagnética que nos chega. E hoje sabemos que o Universo observável através desta radiação corresponde só a 4% daquilo que se estima constituir o Universo. Por exemplo, a radiação electromagnética parece não interagir com a matéria negra (que sabemos existir, mas não sabemos o que é!). Mas esta matéria negra parece interagir graviticamente com os corpos com massa como as galáxias. Se a gravidade é importante para compreender o movimento dos corpos feitos com a mesma matéria que nos compõe, talvez ela nos traga alguma luz sobre aquilo que não podemos ver, como sejam os buracos negros.

É por aqui que a detecção de ondas gravitacionais, previstas teoricamente há precisamente cem anos por Einstein, pode permitir-nos dizer que poderemos estar na alvorada de uma nova jornada na nossa investigação sobre o universo em que existimos. E o mais deslumbrante é que é imprevisível o que ainda não conhecemos hoje. A surpresa mora no futuro.

Einstein previu que certos fenómenos não só deformariam o espaço-tempo, como dariam origem a ondulações, a ondas gravitacionais. Assim como o choque de uma pedra com a superfície de um lago gera ondas que podemos sentir na margem, acontecimentos envolvendo grandes massas em movimento acelerado provocam ondulações que se propagam no espaço-tempo à velocidade da luz.

A teoria prevê que as ondas gravitacionais resultantes de fenómenos muito distantes da Terra sejam muito ténues. Para a sua detecção directa os cientistas necessitam de instrumentos muito sensíveis. Ao longo das últimas décadas, foram instalados para esse efeito quatro detectores baseados na interferometria de raios LASER: dois nos Estados Unidos (LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator), um na Alemanha (GEO600) e outro na Itália (VIRGO).

Agora, no passado dia 15 de Junho, foi publicado um artigo na revista PhysicalReview Letters que anuncia que às 3h38m de 26 de Dezembro os dois detectores LIGO, em colaboração com o detector VIRGO, detectaram directamente pela segunda vez ondas gravitacionais. Estas demoraram apenas 1,1 milissegundos entre os dois detectores (situados a 3000 km de distância entre Livingston e Hanford nos EUA) e, segundo a simulação efectuada pelos cientistas,  foram geradas  há cerca de 1400 milhões de anos nas últimas 27 órbitas de dois buracos negros antes de estes se fundirem. Os buracos tinham 14 e oito vezes o tamanho da massa do Sol e o resultante com 21 vezes a massa solar. Durante este evento cósmico, cerca de uma massa solar de energia foi convertida em ondas gravitacionais, as que agora foram sentidas na Terra.

É a confirmação de que somos capazes de detectar ondas gravitacionais, que os buracos negros existem e de muitos andam” aos pares por esse Universo fora. Agora vemos onde antes eramos cegos.

António Piedade

“COSMICOMIX: A DESCOBERTA DO BIG BANG”

Primeiramente publicado na imprensa regional portuguesa.

Há 50 anos, em 1965, os norte-americanos Arno Penzias e Robert Wilson descobriram a chamada radiação cósmica de fundo, uma radiação de micro-ondas, a luz mais antiga que conhecemos do cosmos, “luz fóssil” de quando o Universo tinha cerca de 380 000 anos. A efeméride desta descoberta é, entre outras, uma das que assinala o Ano Internacional da Luz que este ano se celebra.

E para assinalar e perceber melhor aquela descoberta, a editora Gradiva publicou, em Julho último, o livro de banda desenhada intitulado “Cosmicomix: a descoberta do Big Bang”. Nesta obra de banda desenhada os textos são da autoria do astrofísico Amedeo Balbi e os desenhos de Rossano Piccioni, ambos italianos. Publicada originalmente em 2013, a edição portuguesa tem tradução de Florbela Marques, revisão científica do Professor Carlos Fiolhais e teve o apoio da Sociedade Portuguesa de Física.

É uma edição que se saúda não só por ser muito oportuna neste Ano Internacional da Luz, que assinala na contracapa, mas por ser um bom exemplo de como a banda desenhada pode ser muito eficaz na divulgação científica.

Ao longo de 150 páginas o leitor revive a aventura das descobertas científicas ao longo da primeira metade do século XX que mudaram a compreensão da evolução do universo em que existimos. E as personagens são os cientistas que estiveram envolvidos nessa compreensão, através das suas teorias e observações experimentais. Meio século de interacção científica que leva a uma primeira confirmação da teoria do Big Bang, a mais bem sucedida que ainda temos actualmente para descrever a evolução do Universo desde há 13,8 mil milhões de anos.

O livro, que apresenta uma linguagem muito acessível sem perder o rigor científico, familiariza o leitor, por exemplo, com o físico Albert Einstein, o matemático Alexander Friedman, o astrónomo Edwin Hubble ou o físico George Gamow, assim com as teorias que produziram. Todas as personagens que surgem nesta banda desenhada são figuras de destaque da história da ciência que estiveram de alguma maneira envolvidas no esforço científico para compreender a origem e evolução do Universo. Os autores recorreram a documentação diversa para reconstituírem as cenas retratadas. E são reconstituídos vários momentos marcantes em que os cientistas se encontram, discutem as suas teorias e apresentam os resultados experimentais que as suportam ou que exigem novas teorias.

A evolução da narrativa neste livro permite, de uma forma agradável, que o leitor apreenda a história da evolução do conhecimento sobre o Universo ocorrida no século XX, até à descoberta da radiação cósmica de fundo pelos radioastrónomos Arno Penzias e Robert Wilson (galardoados em 1978, por isso, com o Prémio Nobel da Física). E permite que compreendamos bem a importância desta descoberta para confirmar a teoria do Big Bang primeiramente sugerida pelo padre e físico belga Georges Lemaître em 1927. Aliás, o livro reconstitui uma conversa entre Lemaître e Einstein em Bruxelas, em 1927, no qual o primeiro expõe a sua teoria do “átomo primordial” ao "pai" da teoria da relatividade.

É de sublinhar, nesta banda desenhada, o cuidado em explicar como a ciência se faz e evolui, e a importância da observação e resultados experimentais que confirmam, ou não, uma dada teoria.

O livro apresenta, no seu final, biografias breves de todos os cientistas envolvidos, que são úteis para despertar a curiosidade em saber mais sobre eles. Também são descritos, nas últimas páginas, alguns exemplos de como a banda desenhada foi feita. E, no epílogo constante nas últimas páginas o autor, Amedeo Balbi, descreve resumidamente os avanços e descobertas ocorridas desde a descoberta da radiação cósmica de fundo até aos dias de hoje, mostrando que ainda há muito para conhecer: “as perguntas não acabaram e continuamos à procura das respostas”.

É, em suma, um livro de que apresenta de uma forma muito acessível conceitos e teorias sobre a evolução do Universo e que se recomenda a todos.

António Piedade

A BREVE HISTÓRIA DE STEPHEN HAWKING

Recensão primeiramente publicada na imprensa regional.

Stephen W. Hawking

Sempre me fascinaram as biografias de cientistas. Principalmente porque elas mostram que os cientistas são pessoas comuns. Não são eremitas loucos e antissociais mas, muito pelo contrário, pessoas que vivem intensa e apaixonadamente as suas vidas.

Isto vem a propósito de uma autobiografia que acaba de ser publicada pela Gradiva na sua prestigiada colecção “Ciência Aberta”. Trata-se da autobiografia do genial físico Stephen Hawking, conhecido mundialmente não tanto pela sua ciência mas mais pela sua doença (esclerose lateral amiotrófica) que o remeteu desde os 21 anos a uma cadeira de rodas e mais tarde a uma comunicação com os outros através de um computador e a um sintetizador de voz.

Publicada originalmente em 2013 com o título “My Brief History”, esta autobiografia é publicada entre nós, como já se disse, na colecção “Ciência Aberta”, com o número 206 e com o título “A Minha Breve História”. A tradução,  excelente, diga-se, é de Pedro Elói Duarte, e a revisão científica do físico Carlos Fiolhais que é, como se sabe, o actual director desta colecção da Gradiva.



Recorde-se que Stephen Hawking é o autor de um dos mais populares livros de divulgação científica de sempre: “Breve História do Tempo”, também publicado na “Ciência Aberta” com o número 27.

A presente autobiografia é de uma leitura muito agradável. As suas pouco mais de 100 páginas interiorizam-se como se fosse o próprio Stephen Hawking a conversar connosco. Numa linguagem simples, sintética e coloquial, é polvilhada aqui e acolá com uma ironia bem-humorada e está impregnada com uma modéstia que impressiona pela sua genuinidade. O livro também está bem servido de fotografias que compaginam a história de Hawking desde a sua infância passada no pós-guerra Londrino, até aos momentos actuais que testemunham a sua celebridade mundial.

O livro é um relato na primeira pessoa não só da vida deste físico teórico genial, hoje com 72 anos, mas também da própria história recente da física teórica e da cosmologia. Até porque Hawking é um dos principais protagonistas deste empreendimento científico em que a humanidade tenta compreender o universo, desde o Big Bang até ao momento presente.

Refira-se o contributo que Hawking deu ao conhecimento científico, nas suas próprias palavras: “O meu trabalho inicial mostrou que a relatividade geral clássica não se aplicava às singularidades no Big Bang e nos buracos negros. Mais tarde, mostrei como a teoria quântica pode prever o que acontece no princípio e no fim do tempo.”

É também um livro de divulgação de ciência para todos. “Penso que é importante que as pessoas tenham uma compreensão básica da ciência, a fim de que possam tomar decisões informadas num mundo cada vez mais científico e tecnológico”, pode ler-se quase no final do livro.

Com este livro Hawking transmite-nos uma mensagem de esperança, perseverança e de amor pela vida. Mostra-nos como a doença incapacitante, com a morte a espreitar inúmeras vezes num horizonte próximo, não o impediu de ser um dos maiores cientistas de sempre, talvez o físico mais conhecido actualmente em todo o mundo, e professor Lucasiano de Matemática - a cátedra ocupada outrora por Isaac Newton – na Universidade de Cambridge.

O seu exemplo inspira-nos até ao universo.

António Piedade

NA FRONTEIRA DO CONHECIMENTO SOBRE O COSMOS

Recensão primeiramente publicada na imprensa regional

“We live in a universe that is always changing, full of matter that is always moving.” 

Lee Smolin.

A Gradiva acaba de publicar «O romper das Cordas - Ascensão e queda de uma teoria física e o futuro da Física», de Lee Smolin, livro que nos descreve a evolução e o conhecimento físico contemporâneo sobre o Universo. Um relato invulgarmente lúcido sobre a aventura humana na compreensão do Cosmos.

«Esta história fala de uma busca de compreensão da natureza no seu nível mais profundo. Os seus protagonistas são os cientistas que se esforçam por alargar o nosso conhecimento das leis básicas da física. O intervalo de tempo que irei abordar — aproximadamente desde 1975 — é o do meu próprio percurso profissional como físico teórico. Poderá ser também a mais estranha e frustrante época na história da física desde que Kepler e Galileu iniciaram o nosso ofício, há quatrocentos anos.»

Esta é uma passagem da introdução deste livro fantástico escrito pelo prestigiado físico teórico Lee Smolin. O livro, intitulado «O Romper das Cordas», foi publicado entre nós no final de Abril de 2013 pela Gradiva, na sua colecção Ciência Aberta, nº 199, com o subtítulo «Ascensão e queda de uma teoria física e o futuro da Física». A edição original, «The Trouble with Physics», penúltimo livro do autor, foi publicada em 2006. Esta versão portuguesa foi traduzida por Daniel Tiago Alves Ribeiro e teve a revisão científica de Carlos Fiolhais.

Escrito de uma forma extraordinariamente acessível, este livro foi considerado como o melhor livro do ano por The Economist e Seed.

De facto, estamos perante um dos melhores livros de divulgação para leigos sobre a nossa melhor compreensão contemporânea do Universo. Um livro sobre a aventura da Física na descoberta das leis que descrevem e explicam o comportamento e as propriedades de tudo o que conhecemos, desde as partículas fundamentais até à expansão do Universo, desde o “Big Bang” até aos buracos negros. Um livro que nos permite entender o caminho percorrido desde Galileu até à Física contemporânea, com particular enfoque para a teoria das cordas.

Ao longo do livro Lee Smolin guia o leitor pela história da Física e descreve, numa linguagem impressionantemente clara, o estado actual desta ciência. Sublinhe-se que o autor explica de forma simples, mas rigorosamente, as várias teorias que emergiram principalmente ao longo do século XX, e como estas e os seus autores se relacionaram com a verificação experimental das suas previsões.

O autor, ele próprio um participante activo desta aventura humana, escreve na primeira pessoa. Esse tom pessoal (a física é feita por pessoas), repleto de uma emoção debruada por uma elevada honestidade intelectual, pano de fundo deste livro, acompanha o leitor através do relato e descrição dos sucessos e os insucessos da Física. «A história que escrevo» - diz-nos na introdução - «poderia ser lida por alguns como uma tragédia. Falando muito francamente — e deixando-me de rodeios —, nós falhámos. Herdámos uma ciência, a física, que tinha vindo a evoluir tão rapidamente, e durante tanto tempo, que muitas vezes era tida como exemplo do modo como as outras ciências deviam ser feitas. Há mais de dois séculos, até ao momento actual, a nossa compreensão das leis da natureza cresceu rapidamente. Mas hoje, apesar dos nossos esforços, o que sabemos com absoluta certeza sobre estas leis não é mais do que já sabíamos na década de 1970.»

Com este livro, Lee Smolin faz, de forma corajosa, um ponto da situação sobre o conhecimento da Física actual, indicando as dificuldades reais que os físicos enfrentam. Este também é um livro sobre como é feita a melhor e a pior ciência, sobre a distância entre as melhores e mais elegantes teorias e a sua verificabilidade com a realidade.

Numa época em que a ciência possui o maior e mais complexo instrumento de experimentação sobre a natureza da matéria (o grande acelerador de partículas do CERN), a leitura deste livro permite que os leigos compreendam o que se está a tentar descobrir e porque é que se estão a fazer determinadas experiências e não outras.

É um livro sobre o dia-a-dia e o futuro da Física contemporânea, cuja leitura se recomenda para uma melhor cidadania.

António Piedade

CICLOS DE TEMPO - UMA VISÃO NOVA E EXTRAORDINÁRIA DO UNIVERSO

Recensão primeiramente publicada na imprensa regional.

“Ciclos de tempo - Uma visão nova e extraordinária do Universo” é o novo livro do físico-matemático inglês Roger Penrose, publicado pela Gradiva na sua premiada colecção “Ciência Aberta", com o n.º 198. Neste livro, o prestigiado cientista inglês propõe um novo modelo cosmológico do Universo.

Esta primeira edição portuguesa de “Ciclos de Tempo” (Fevereiro de 2013) foi traduzida por Nelson Rei Bernardino a partir da obra original inglesa publicada em 2010. É pois um livro bem recente (ler um excerto aqui), escrito de forma cativantemente rigorosa por Roger Penrose, cientista octagenário, conhecido do grande público por várias e notáveis obras de divulgação científica que alcançaram reconhecimento e êxito mundial. Esta obra adiciona-se a outras três do mesmo autor também publicadas entre nós pela Gradiva, a saber: “A Mente Virtual”, “A Natureza do Espaço e do Tempo” e “O Grande, o Pequeno e a MenteHumana”.

Na sua longa carreira Penrose distinguiu-se sobretudo pelas contribuições para a cosmologia em geral e para a relatividade geral em particular. É «autor de várias descobertas que em muitos casos criaram conceitos baptizados com o seu nome, entre eles as escadas de Penrose ou as desigualdades de Penrose».

Agora, Roger Penrose aborda «um dos mistérios mais profundos do nosso universo» que «é o enigma da sua origem». Estruturado em três partes intituladas “O mistério da segunda lei”, “O carácter curiosamente especial do Big Bang” e a “Cosmologia cíclica conforme”, o livro inclui ainda dois apêndices, de leitura naturalmente facultativa, devido aos seus cálculos tecnicamente mais complexos.

Penrose descreve não só “os principais modelos da cosmologia relativista clássica, mas também vários desenvolvimentos e enigmas que surgiram desde a descoberta da radiação cósmica de fundo”, a qual veio transformar a cosmologia numa ciência exacta e sustentar a ideia de que o nosso Universo terá tido origem no evento singular designado por Big Bang.

Penrose faz uma análise abrangente da segunda lei da termodinâmica. Segundo esta lei, «as coisas vão ficando cada vez mais desorganizadas à medida que o tempo passa». Ou seja, e por outras palavras, esta lei descreve a tendência continuamente crescente da «desordem» no Universo, ou, de um modo mais rigoroso, descreve o aumento de entropia com o tempo num sistema isolado.

A partir da segunda lei e da geometria do espaço-tempo baseada na teoria da relatividade geral, Penrose propõe um novo modelo cosmológico do universo: a cosmologia cíclica conforme (CCC). O modelo propõe uma explicação para o que existia antes do Big Bang que deu origem ao nosso Universo actual e o que estará para lá dos buracos negros. Explicando padrões circulares detectados na radiação cósmica de fundo, a proposta de Penrose poderá substituir o modelo inflacionário actualmente mais aceite pela comunidade científica.

Este novo modelo, ao integrar o conhecimento actual, propõe-nos uma compreensão do Universo e contribui para a reflexão filosófica sobre a sua origem e natureza da sua evolução.

Este livro é, assim, de leitura imprescindível para uma actualização profunda sobre o Universo, desde o mais remoto passado ao mais longínquofuturo, do infinitamente pequeno e intangível da física de partículas ao astronomicamente longínquo e igualmente intangível do horizonte em expansão.

António Piedade


Nota sobre o modelo da Cosmologia Cíclica Conforme

A Cosmologia Cíclica Conforme (CCC) é um modelo cosmológico proposto pelo físico-matemático Roger Penrose e construído a partir da teoria da relatividade geral de Einstein. Na CCC o universo expande-se indefinidamente até alcançar uma densidade infinitesimal (o oposto da densidade infinita quen houve no Big Bang) e uma entropia desprezável. Na fronteira evaporar-se-iam os buracos negros, a matéria (fermiões) converter-se-ia em radiação (só ficariam fotões e gravitões) e o tempo pararia.

Através de uma operação matemática Penrose iguala essa infinitude praticamente vazia a um ponto sem dimensões, que daria origem ao um novo Big Bang. Assim, segundo a CCC o Universo passa por sucessivos ciclos infinitos, com o fim da linha do futuro de cada universo identificado com a singularidade do Big Bang do universo seguinte.