EM BUSCA DO INFINITO - PARTE DOIS Por Professor G Venkataraman Como tudo começou Sai Ram e calorosas saudações. E estou contente em retomarmos nossas indagações sobre o Infinito! No capítulo anterior demos um rápido olhar no Universo em que nós vivemos e vimos também como, principalmente através da observação ótica, os homens conseguiram tanta informação sobre o Universo. Comecemos com o que nós sabemos sobre o nascimento do Universo. Do Estado Inicial para o Big Bang Você pode não acreditar, mas até mesmo tão recentemente quanto nas primeiras décadas do Século 20, as pessoas e os astrônomos pensavam que a Via Láctea, galáxia na qual estamos era a única no Cosmos e que o Universo sempre existira em um estado fixo, isto é, sem qualquer mudança de tamanho. A primeira metade do século20 viu todos esses conceitos caírem, dando lugar a algo totalmente diferente. Mais importante, nós acreditamos agora que o Universo Físico em que moramos teve um nascimento definido, um evento que é popularmente chamado o Big Bang. O Big Bang A idéia do Big Bang deve-se em alguma medida a George Gamow. Deve ser dito que Gamow não fez perguntas sobre o nascimento de nosso Universo. Ele estava mais interessado em responder à pergunta: Como surgiram os primeiros elementos no caldeirão cósmico que veio à existência com o nascimento do Universo?. Embora muitas pessoas tivessem proposto antes modelos do Universo, a questão do nascimento do Universo não tivera importância até que Gamow entrasse em cena. Porém, a história anterior é interessante ao seu modo, e talvez devamos dar nela um rápido olhar antes de voltarmos a Gamow e a fase que ele iniciou. A Teoria da Gravidade de Einstein Voltemos ao ano de 1915, quando Einstein, já famoso e prestes a se tornar uma estrela, desenvolveu a Teoria da Relatividade Geral e Gravitação. Este foi um desenvolvimento muito importante e direi algumas palavras sobre isso. Todos nós sabemos que foi Newton quem primeiro nos falou que
matéria atrai matéria devido a uma força chamada força gravitacional; que uma pedra cai na terra por causa da força da gravidade, e que a Terra orbita o Sol, e a Lua a Terra, por causa da gravidade. Mas o que exatamente é gravidade? Foi essa pergunta que Einstein respondeu, não por completo, mas pelo menos em grande medida. A Teoria de Einstein da Relatividade Geral é bastante complicada; na ocasião em que foi desenvolvida, poucos cientistas a entenderam, que falar então das pessoas comuns! Porém, nós não estamos preocupados com os detalhes técnicos, mas com uma história interessante relacionada à Teoria da Gravidade. O cerne da Teoria é uma série de equações, e brincando com elas, Einstein as aplicou a todo o Universo. E o que achou ele? Algo incrível: o Universo teve um nascimento e depois disso se expandiu. Einstein estava chocado e não pôde acreditar no que as próprias equações lhe diziam. Ele disse a si mesmo, há algo errado com minhas equações. Como o Universo pode nascer? Sempre esteve lá; e esse negócio de expansão, é tolice absoluta. Assim, para ter os fatos certos, deixe-me corrigir as minhas equações de forma que elas falem a verdade. E Einstein consertou as suas equações adicionando o que ele chamou a Constante Cosmológica, e presto, as equações se comportaram bem, significando que elas não predisseram mais nenhum nascimento nem expansão para o Universo. Einstein sentiu-se satisfeito e relaxado. Hoje, até mesmo colegiais sabem que o Universo teve um começo e está se expandindo todo o tempo, mas ao redor 1920, as pessoas tinham uma idéia muito diferente. Alguns estudantes dizem que era tudo devido à influência sutil da religião; eu não sei sobre isso, mas o fato é que nesses dias as pessoas, inclusive astrônomos, pensavam que a Via Láctea representava todo o Universo! Albert Einstein Teoria de Friedman Traz Nova Luz A história agora se divide em duas partes, uma em torno de Alexander Friedman e a outra de Edwin Hubble. Nós veremos uma de cada vez começando com Friedman na Rússia. Friedman era um jovem [1922] fascinado pela Teoria da Relatividade Geral. Ele começou a jogar com as
equações de Einstein e achou que dependendo da circunstância, o Universo poderia ter histórias diferentes que se desenrolariam separadamente, mas tendo em comum a todas elas um nascimento e uma expansão. Sendo Einstein o Mestre Principal, Friedman enviou uma carta ao grande homem, submetendo os seus resultados e pedindo a Einstein que tivesse o seu estudo publicado na Alemanha em um Jornal de Física. Como eu falei acima, Einstein já tinha encontrado esse resultado do Universo que nasce e se expande e tinha abandonado isso como um erro. Assim ele escreveu uma curta nota a Friedman dizendo que ele estava errado. O jovem Friedman ficou desapontado, mas não se rendeu. Ele conferiu novamente o seu trabalho e achou que não tinha feito nenhum erro e que os seus resultados eram verdadeiros. Ele escreveu uma segunda carta a Einstein alegando que desde que não havia nenhum engano, os seus estudos mereciam uma publicação. Einstein estava viajando naquele momento, e na realidade, por causa das suas viagens, ele não foi a Estocolmo receber o Prêmio Nobel em dezembro de 1922 [nesses dias, eles tinham de viajar por navio e a viagem levava semanas]. Assim é natural que Einstein não tivesse recebido a segunda carta de Friedman. Porém, quando Einstein voltou a Berlim [onde ele residia], um cientista russo chamado Krukov conseguiu conhecer Einstein pessoalmente e discutir com ele em nome de Friedman. Logo após, Einstein estudou o trabalho de Friedman, achou que não havia nenhum engano no trabalho e admitiu que ele trazia nova luz. Alexander Friedman Edwin Hubble Vamos agora à segunda parte da história que nos leva à América e à Hubble. Edwin Hubble nasceu em Missouri, EUA em 1889. Depois de obter um grau de B.S da Universidade de Chicago em 1910, Hubble preparou-se para ser um advogado. Porém, pela influência de amigos, ele desenvolveu também um forte interesse por astronomia. Depois de adquirir o grau de B.S, Hubble foi para Oxford como um estudante em Rhodes. Em Oxford, Hubble mostrou ao mundo que ele também era um bom atleta, tornando-se um Oxford Blue em atletismo. Além disso, ele também treinou como pugilista peso pesado e foi campeão, tendo mesmo derrotando George Carpentier em uma luta amadora.
No retorno à América em 1913, Hubble advogou. Porém, o interesse em astronomia prevaleceu, e Hubble decidiu voltar a Chicago para diplomar-se em astronomia. Enquanto isso, a Primeira Guerra Mundial interveio, e Hubble se alistou no Exército do EUA. Ele esteve na França, e alcançou o grau de Major. Depois que a guerra acabou, ele voltou a procurar seu interesse em astronomia; e assim começou uma carreira frutífera. Hubble era um observador muito sagaz e fez muitas descobertas importantes. Edwin Hubble Descobrindo a Expansão do Universo Por esse tempo os astrônomos concluíam que o Universo continha bilhões de galáxias e em 1924, Hubble desenvolveu um modo importante de medir as distâncias das galáxias, especialmente as mais distantes. Sua maior descoberta veio alguns anos depois quando ele descobriu que as galáxias estavam todas se afastando umas das outras e que o Universo estava de fato se expandindo. Fazendo um comentário sobre isto, Hubble escreveu: "[tudo isso] deveria fornecer uma pista sobre a natureza exata do Universo. Pode ser então possível dizer que o Universo e o espaço está se expandindo a uma taxa rápida e de uma maneira notável. E finalmente, pode ser possível descrever a natureza da expansão e determinar o tempo ao qual a expansão começou - quer dizer, a idade do Universo." A idéia de um Universo em expansão foi estabelecida agora claramente através de observação, confirmando o que as equações de Einstein tinham predito. Quando Einstein soube da descoberta de Hubble, ele lamentou, arrependendo-se de ter introduzido a Constante Cosmológica em suas
equações e descreveu aquele seu movimento como a maior asneira de sua vida. Mas você sabe de uma coisa? Deus ordenou que a Constante Cosmológica tivesse um lugar na Sua Criação, e ela está agora de volta em um novo Avatar, sem perturbar o Universo em expansão! Georges Lemaitre Redescobre a Teoria de Friedman Aconteceu freqüentemente na Ciência naqueles dias, em parte eu presumo por causa de falta de comunicações, que muitos fatos foram descobertos independentemente por muitas pessoas. Eu já falei como Friedman na Rússia descobriu o que Einstein tinha descoberto antes, isto é, que o Universo poderia ter tido um começo. A mesma história aconteceu mais uma vez, desta vez envolvendo um padre belga chamado Georges Lemaitre. Nascido em 1894, Lemaitre freqüentou uma Faculdade Jesuítica e entrou em 1911 para a Universidade de Louvain, para estudar engenharia. Quando a Primeira Guerra Mundial começou, em 1914, Lemaitre se alistou no Exército belga e foi condecorado por bravura. Em 1918, depois que a guerra acabou, ele retomou os estudos universitários, mas trocou de engenharia para matemática e física. Simultaneamente, ele também se matriculou em cursos de filosofia. Sua ambição era especializar-se em física e metafísica!
Georges Lemaitre Em 1923, Lemaitre escreveu uma tese sobre relatividade e gravitação, e com isso ganhou um bolsa de estudos do Governo belga, permitindo-lhe viajar para Cambridge. Lá ele entrou em contato com um famoso astrônomo chamado Eddington e isto alavancou seu interesse em Cosmologia. Da Inglaterra, Lemaitre foi para a América, onde conheceu muitos astrônomos e esteve algum tempo no famoso MIT, em Boston. Em outubro de 1925 Lemaitre voltou à Universidade de Louvain onde permaneceu o resto da sua vida. Ao redor de 1920, Lemaitre tinha se tornado fortemente interessado na Teoria da Relatividade Geral que ele dominou completamente através de esforço auto didata. Pela metade dos anos vinte, Lemaitre, desavisado do trabalho feito na Rússia por Friedman, examinou alguns trabalhos anteriores de Sitter em Cosmologia, e derivou alguns resultados novos. Ele os publicou em um diário obscuro, e não surpreendentemente, os resultados passaram despercebidos. Em 1927 houve uma grande conferência de Física em Bruxelas [a capital da Bélgica] onde comparecem todos os mandachuvas, inclusive Einstein. Naturalmente, como um belga, Lemaitre estava presente e ele aproveitou a oportunidade para conversar com Einstein e lhe falar sobre os resultados de suas pesquisas. A reação do Mestre foi fria. Ele simplesmente disse [em francês], Seus cálculos estão corretos, mas sua perspicácia em física é abominável.. Em janeiro de 1930, houve uma reunião da Sociedade Astronômica Real, em Londres, na qual se discutiu muito a nova descoberta de Hubble sobre o Universo se expandindo. Tudo isso foi adequadamente informado no numero de fevereiro do diário O Observatório que Lemaitre leu por completo. Imediatamente ele escreveu uma carta a Eddington lembrando que já em 1927, ele tinha enviado a Eddington um artigo em que predisse um Universo se expandindo. Eddington lembrou-se então que ele tinha recebido uma cópia do artigo, mas tinha se esquecido completamente disto. Ele fez os devidos reparos escrevendo uma carta à Revista Natureza, chamando atenção ao brilhante trabalho de Lemaitre de três anos antes. De repente, Lemaitre se tornou uma celebridade.
Em maio de 1931 Lemaitre publicou em Natureza um artigo em que se aventurou sugerir que o Universo nasceu de um estado supremo de condensação da matéria, o Átomo Primitivo como ele chamou. A explosão deste Átomo Primitivo teria levado à expansão do Universo. Bastante poeticamente, Lemaitre chamou esta explosão de um dia sem ontem. A teoria de Lemaitre também foi chamada de teoria dos fogos de artifício. Lemaitre redescobriu o que já tinha sido descoberto anos antes por Friedman, talvez com um pouco mais de Física do que Cosmologia nua e crua. Não se admira que os russos se aborrecessem com o crédito dado a Lemaitre, negligenciando as reivindicações do cientista deles. Uma representação artística do Átomo Primevo George Gamow Tudo isso aconteceu antes da Segunda Guerra Mundial. Durante os anos de guerra a ciência básica naturalmente parou, mas, quando a guerra acabou, os cientistas voltaram para as suas paixões com vigor renovado. Está na hora de trazer George Gamow de volta ao quadro. A propósito, Gamow era um aluno de Friedman e alcançou fama cedo, com um trabalho brilhante sobre radioatividade. Por esses dias a Rússia era uma ditadura firmemente controlada. Gamow achou a atmosfera muito opressiva. Ele e a esposa planejaram então uma fuga. Eles compraram uma pequena canoa e acumularam comida por meses. Eles conseguiram arranjar permissão para ter um feriado em um porto do mar Negro. E, um dia, eles tentaram remar para fora da Rússia - eles teriam que remar quase 250 km e eles pensaram que poderiam fazer isto. Mas não funcionou daquele modo; a canoa foi pega em uma tempestade e soprada de volta para a costa, quarenta e oito horas depois! A chance para deixar a Rússia veio dois anos depois quando o Governo o enviou a uma conferencia em Bruxelas. De lá Gamow foi para a América em 1934, onde ele ficou para o resto da vida. Durante a Segunda Guerra Mundial, Gamow trabalhou no projeto da bomba atômica. Depois da guerra, ele voltou à Física e começou a pesquisar sobre a origem dos elementos no Universo primitivo.
O físico e cosmólogo Georges Gamow Um Universo Infantil Enquanto tentava responder essa pergunta, Gamow raciocinou que primeiro deveria ter havido um Universo infantil. Em seguida disse que esse Universo bebê deveria ter sido mesmo muito quente. Depois disto ele disse que esta era a condição ideal para a arte culinária cósmica de cozinhar elementos; essa era a linha de Gamow argumentar. Tudo isso aconteceu em1948 ou ao redor disso. Só apos o trabalho seminal de Gamow é que os físicos começaram a aceitar a noção de que o Universo teve um nascimento definido. Depois, graças a uma observação casual feita pelo astrofísico britânico Fred Hoyle, o termo Big Bang virou moeda corrente e foi associado com o evento primordial do nascimento do Universo Físico. A propósito, Hoyle nunca acreditou no Big Bang, e ele, na realidade, introduziu o termo um pouco com uma veia sarcástica em uma palestra popular sobre ciência, à BBC; mas o nome pegou e a convicção no conceito também! Um importante questionamento da hipótese de Gamow é a seguinte: OK, o Universo nasceu em um quente Big Bang. Então muito calor também deve ter sido irradiado naquele momento. Nesse caso, onde está agora a sobra desse calor? O argumento básico em favor de tal sobra é o seguinte: O Universo Bebê deveria ser extremamente quente com uma temperatura na gama de trilhões, sim trilhões, de graus! Assim a radiação emitida naquele momento também deve ter sido astronomicamente alta. Mas, desde então, o Universo se expandiu enormemente e desde que a expansão sempre produz resfriamento, a radiação original também deve ter esfriado consideravelmente. Os estudantes de Gamow calculam que na atualidade a radiação sobrevivente deve ter uma temperatura de cerca de 5 graus absoluto, ou - 268 C! Para comparação, a mais baixa temperatura registrada na face da Terra é de aproximadamente -60 C. As predições que nós estamos mencionando são de 1948 ou coisa assim. Em 1960 dois cientistas na América, Arno Penzias e Robert Wilson descobriram esta Radiação Cósmica de Fundo que tinha sido predita com base na teoria de Gamow. Poder-se-ia dizer que Penzias e Wilson na verdade ouviram o OM da Criação! E por sua descoberta, eles receberam depois o Prêmio Nobel! A descoberta da
radiação de Fundo Cósmica foi um evento marcante em Cosmologia, pois isto proveu evidência clara de que o Universo se originou em um Big Bang. Um Universo novo, quente e infantil Três Enredos Alternativos Descobertos por Alexander Friedman Quando Friedman trabalhou com as equações de Einstein sobre a Relatividade Geral e as aplicou ao Universo através da matemática, ele achou que havia três possíveis cenários. Eles são como os esboçado abaixo: Os três enredos descritos por Friedman No cenário 1, o Universo tem um começo e depois disso se expande eternamente. No enredo 2, o Universo nasce, se expande durante algum tempo e então começa a encolher. Eventualmente, desaparece em um Grande Colapso da mesma forma como nasceu em um Big Bang. No cenário 3, o Universo nasce e então se expande. Porém, com o passar do tempo reduz a velocidade, a expansão cai e depois de um tempo literalmente infinito, o Universo tem um tamanho fixo. Duas perguntas surgem: a) por que três enredos, e b) o qual destes na verdade se aplica ao nosso Universo? Três enredos existem, dependendo da quantidade de matéria contida no Universo. O assunto é um pouco complicado e assim eu evitarei
os detalhes técnicos. Vamos agora à questão (b). Depois de anos de especulação, parece 95% mais provável, ou mesmo mais, que o Universo é tido como sendo do tipo 3 descrito acima. Talvez em um artigo subseqüente, eu traga mais comentários neste assunto tão importante. Eu tenho muitas coisas mais para falar, mas isso terá que esperar até a próxima vez. A propósito, por favor, notem que eu estou lidando agora com o Universo Físico, depois nós iremos além da Física, para a Metafísica e então para o Vedanta e assim por diante. Esperando por nós ao término de tudo estará o Infinito Cósmico! É um longo caminho para trilhar e há muitas viagens excitantes à nossa frente! Estejam bem até nos encontramos novamente! Om Sai Ram