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Stephen Hawking, mastigado, para leigos

Desvendamos – e simplificamos – para você os principais conceitos do fantástico universo de Stephen Hawking

Por Flavio Dieguez - Atualizado em 14 mar 2018, 18h33 - Publicado em 31 mar 2003, 22h00

Se você comprou Uma Breve História do Tempo (1988) e O Universo numa Casca de Noz (2001), ajudando a torná-los bestsellers mundiais, e nunca conseguiu passar do primeiro capítulo, não se sinta só. A maioria de nós – embora não confesse – fez o mesmo. Por isso decidimos produzir esta reportagem: para desvendar os principais conceitos do fantástico universo de Stephen Hawking. Boa viagem!

Stephen Hawking não tem culpa de ter sido um gênio, nem de ter como profissão a busca de uma fórmula que poderia não apenas explicar o Universo, como também eliminar a necessidade de um Deus para criá-lo e governá-lo. Como ele mesmo dizia, se suas teorias estivessem corretas, dariam à ciência um poder quase divino. Não admira que, com essas credenciais, o físico inglês tenha se transformado em um mito e em uma estrela da indústria editorial, com dezenas de milhões de livros vendidos.

Também não é surpresa que a maioria dos compradores dos livros de Hawking não tenha lido nenhum dos livros dele. Primeiro, porque esse é mesmo o destino de um bom número de publicações: vai direto das livrarias para as estantes juntar poeira. Segundo, porque realmente não é fácil transpor a muralha de conceitos e raciocínios que se interpõe entre o leitor e a empolgante mensagem de Hawking sobre o Universo.

 

Bom, se você não é do tipo que compra livros para enfeitar a prateleira, mas acha difícil entender as passagens científicas, o melhor a fazer, segundo sugestão do próprio autor, é pular as partes mais árduas da narrativa ou encará-las como uma peça de ficção – um romance de realismo fantástico nas fronteiras mais avançadas do conhecimento. O Universo numa Casca de Noz foi escrito assim, dizia Hawking: para poder ser lido de várias maneiras diferentes sem prejuízo para a compreensão da história. Visto por essa ótica, o texto é povoado por personagens estranhos e incompreensíveis, que ao longo das páginas vão revelando sua personalidade e seu papel dentro da trama. Eles têm nomes, formas e características incomuns, é verdade, mas não são mais esdrúxulos do que os demônios e monstros da Terra Média, palco da ação em O Senhor dos Anéis, por exemplo.

E a complexidade, nesse caso, pode até adquirir certo charme: a literatura está cheia de obras que, a despeito de seus méritos, devem boa parte de sua fama justamente à dificuldade de leitura. O Jogo da Amarelinha, obra do escritor argentino Júlio Cortázar, é um exemplo. Cortázar sugeria que o leitor seguisse uma ordem alternativa dos capítulos para multiplicar as possibilidades narrativas da história.

Os críticos literários dirão que Hawking não foi tão bom escritor quanto Cortázar, o que é verdade. Mas ele foi bom o suficiente para conduzir os leitores através dos capítulos até o ponto final. Seu estilo é bem-humorado, pontuado pela ironia, e seu texto tem uma estrutura propositadamente ambígua: só os dois primeiros capítulos obedecem o rigor linear dos livros de divulgação científica, em que cada parte é essencial à compreensão do que vem a seguir. Os outros cinco são mais flexíveis. Eles são praticamente independentes entre si e dos dois primeiros. Boa parte dessa dupla inicial, portanto, pode ser lida rapidamente, sem grandes sobressaltos.

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Mas não pode ser abandonada. Pois é aí que está uma peça-chave da trama de Hawking: a descoberta pelo físico alemão radicado nos Estados Unidos Albert Einstein, em 1905, de que o tempo não corre da mesma maneira em todos os lugares. Se um relógio está parado (em repouso, diriam os físicos), seus ponteiros vão mais devagar em comparação a um relógio em movimento. Esse é um dado comum na física atual e está incorporado a toda a tecnologia contemporânea. Mas Hawking não gastou esforços em terrenos que a ciência já conquistou: a riqueza e a dramaticidade do seu relato se devem justamente ao fato de ele percorrer com destemor os limites nunca vistos e muito menos testados pelo homem.

Que tipo de coisa estamos enfrentando agora? O que mais vamos descobrir sobre o tempo? Esses são seus desafios, e para respondê-los o cientista se municiou de dados impressionantes. Os números foram suas armas para se lançar num Universo infinitamente pequeno. Hawking dizia que, no final do século 19, a física mal arranhava a superfície dos átomos. Não enxergava objetos menores que um centésimo de milímetro. Na época de Einstein, até 1930, ela aguçou a visão dos seus instrumentos, tornando-os dez vezes mais precisos, com o poder de testar as entranhas da matéria até o limite de um milésimo de milímetro. Atualmente, os cientistas já podem observar coisas de um trilionésimo de milímetro, que se escreve na forma 10-12 milímetro.

Mas ele e outros teóricos desbravadores já tentaram adivinhar o que acontece numa escala incrivelmente menor, de ínfimo 10-33 milímetro. Nesse abismo infinitesimal ocorrem fenômenos importantes para a compreensão de objetos atualmente inexplicáveis, como os buracos negros, que são estrelas de densidade infinita. Einstein nunca os aceitou porque, embora tenham sido descobertos com ajuda das equações que ele próprio escreveu, sabia que infinito é sinal de confusão, de mistério mal resolvido. O mesmo vale para o Universo, que no momento exato de seu nascimento também teria densidade e temperatura infinitas. Assim se delineou o eixo central do trabalho de Hawking, na vida real e também na trama de seu livro: a mágica que ele buscava era uma teoria capaz de levantar a cortina que impediu Einstein de ver mais longe.

 

Tempo imaginário

O capítulo 3 reserva emoções. Ele apresenta o primeiro dos dois grandes protagonistas da história: o tempo imaginário, um herói cuja missão é destruir os teimosos infinitos einsteinianos. Trata-se, certamente, de um personagem inconcebível – mas, novamente, não menos absurdo que o mitológico touro Kujata, descrito pelo argentino Jorge Luís Borges, em O Livro dos Seres Imaginários, como um animal “de 4 mil olhos. Sobre o lombo do touro há uma rocha de rubi, sobre a rocha um anjo e sobre o anjo a nossa Terra.” O tempo imaginário escapa até à compreensão dos poucos cientistas capazes de perceber que, no fundo, Hawking apenas inventou um número conveniente, que ao ser introduzido nos cálculos elimina o problema do infinito. Isso é o que importa, de fato. Mas, com o perdão dos teóricos, também é a parte menos interessante da personagem.

O mais legal sobre o tempo imaginário é que ele é uma outra dimensão do tempo: assim como uma quadra de vôlei tem comprimento e largura, o tempo também teria um outro lado, uma outra pista para correr, que não a mesma do tempo comum. É como se, em vez de avançar preso a uma linha, o tempo pudesse se espalhar por uma superfície larga e encontrar seu caminho sobre ela. Entre outras coisas, isso significa que o Universo, ao nascer, viu-se diante de inúmeros caminhos na superfície do tempo. Muitas histórias eram possíveis e ainda será preciso calcular qual delas ele resolveu seguir.

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O combate está próximo. O tempo imaginário enfrenta o infinito tomando a forma de uma superfície esférica, como a superfície da Terra, por exemplo. Nessa analogia, as horas, minutos e anos seriam marcados à maneira das latitudes na Terra verdadeira. A vantagem é que, como as esferas não têm começo nem fim, o tempo imaginário seria cíclico como o tempo dos budistas, repetindo eternamente o seu caminho pelas latitudes. O Universo, então, não teria nascido em um momento singular e único: ele saltou para a existência num instante qualquer de um tempo eterno. Basta isso para dissolver as infinitudes. Ou quase isso: para realizar sua missão, o tempo imaginário precisa de ajuda. Alia-se, então, às meninas superpoderosas: as p-branas. São elas que completam a turma de protagonistas de O Universo numa Casca de Noz.

Cientificamente, as p-branas são partes de um espaço qualquer. Imagine, por exemplo, uma pilha de bolachas de chope extremamente finas. Elas são planas, ou bidimensionais, porque praticamente não têm altura (espessura). Mas, colocadas uma em cima da outra, formam um cilindro, que é tridimensional. As bolachas são p-branas do cilindro. A palavra “brana” vem de membrana, que é uma típica figura bidimensional, como as bolachas. A letra “p”, por sua vez, indica quantas dimensões tem uma brana: no caso da bolacha bidimensional, o “p” vale 2. É claro que essa numeração não faz muito sentido no mundo real, que até onde se sabe tem apenas quatro dimensões: comprimento, largura, altura e tempo. Mas isso é o que é conhecido: ninguém sabe o que existe na Terra Média em que Hawking e outros teóricos investigaram suas teses.

 

Para eles, o Universo poderia muito bem ter dez ou mais dimensões. Se isso for verdade, os cilindros podem ser branas de p igual a 3 dentro de um cubo de quatro dimensões, o chamado hipercubo. A maioria dos teóricos que defendem a existência de outras dimensões diz que nós só não as vimos ainda porque elas são minúsculas e estão escondidas nos meandros infinitamente pequenos do espaço e do tempo. Se olharmos bem mais de perto, poderemos ver, ou pelo menos encontrar pistas consistentes das dimensões restantes.

Nesse momento, vale a pena fazer um pequeno desvio na história. É que só no início dos anos 2000 –  depois de Hawking ter escrito seus livros – foram feitas as primeiras tentativas de flagrar o rosto oculto mutidimensional do mundo. Seus indícios podem ser encontrados na força da gravidade, que se tornaria mais fraca do que o normal nas proximidades das dimensões escondidas. Faz sentido: se existem muitas dimensões, ela pode espalhar-se mais e diluir-se pelo espaço afora.

Por incrível que pareça, a gravidade é muito bem conhecida a grandes distâncias, como daqui à Lua ou ao Sol. Mas nunca tinha sido medida a um décimo de milímetro. Foi o que fizeram alguns cientistas de 2001 para cá – e, por enquanto, não acharam nada de incomum. Mas o trabalho está apenas começando. Ele poderá mostrar que as p-branas não são apenas personagens teóricas, mas entidades reais e poderosas. São feiticeiras com o poder de criar universos. Essa, pelo menos, era a proposta de um importante pesquisador americano, Paul Steinhardt, da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos. Ele sugeriu que o Universo nasceu da colisão de duas branas dentro de um universo maior e ainda mais maluco que o nosso. Hawking menciona essa idéia no quarto capítulo de O Universo numa Casca de Noz, em meio às muitas aventuras das p-branas.

Esses são grandes momentos do seu segundo livro. Ele narra, por exemplo, que os buracos negros podem ser vistos não como estrelas negras, mas como a intersecção de duas p-branas nas dimensões ocultas do espaço. E especula se esses monstros obscuros e ultrapesados não estariam sorvendo partes do Universo que jamais voltarão a sair de suas entranhas. Nesse caso, os pedaços engolidos levariam consigo informações que estariam perdidas para sempre, impedindo a ciência de conhecer com precisão o destino do cosmo. Bem- humorado, Hawking ilustrou essa possibilidade forjando um acidente fictício no qual ele viaja por dentro de um buraco negro junto com Einstein, Isaac Newton e o comandante Data, de Star Trek. Na saída do buraco, para sua surpresa, um imprevisível nó do espaço e do tempo faz com que Marilyn Monroe, loiríssima, apareça sentada no seu colo. Mesmo o cientista mais rigoroso também tem o direito de sonhar, não é mesmo?

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A conclusão de Hawking foi que, se os buracos negros são realmente feitos de p-branas, os cálculos indicam que eles podem regurgitar as informações de volta para o Universo normal e salvar a exatidão científica. De toda forma, ele escreveu, essa é uma das perguntas que continuam sem resposta na física teórica atual.

Viagem no tempo

Os livros de Hawking convidam o leitor a viajar pelo tempo. Ou pelo menos tentar. Ele confessava que, para a comunidade científica, o assunto permaneceu um tabu por muitos anos, porque os cientistas tinham medo de passar por malucos. Poucos se arriscavam como ele. “Não fomos tantos os imprudentes o suficiente para trabalhar em um tema tão politicamente incorreto”, declarou. Em O Universo numa Casca de Noz, essa viagem parece, enfim, possível. Passado e futuro estariam ao nosso alcance, mas essa aventura seria perigosa. Os passageiros enfrentariam turbulências ou jamais chegariam ao destino. Tudo iria depender do trajeto real do Universo na superfície do tempo imaginário. Essa é uma complicação teórica, sem dúvida. Mas vamos tentar entender: o tempo imaginário de Hawking pode ter uma superfície lisa como a casca de uma maçã ou enrugada como a de uma noz. Se fosse brasileiro, ele poderia ter chamado seu livro de O Universo numa Casca de Maracujá.

Mas o tempo enruga? Enruga sim. Quer dizer que, se olhamos no relógio e vemos 4 horas, é provável que sejam, de fato, 4 horas e uma fração de segundo, para mais ou para menos. Tudo no Universo flutua muito ligeiramente em torno de um valor central. Não é um erro dos relógios: é parte da natureza das coisas e é inevitável que seja assim. Sendo assim, o tempo também deve oscilar e as flutuações das horas e dos minutos aparecem na superfície do tempo imaginário, enrugando-a como a casca de um maracujá. Essas rugas, por sua vez, alteram a forma do espaço, representado pelas branas. Resumo da ópera: viajar no tempo significa navegar por um mundo altamente instável, repleto de armadilhas e incertezas.

Imagine que entre as rugas do nosso maracujá apareça uma dobra radical, formando um anel. O sujeito fica eternamente preso nessa armadilha, obrigado a viver e reviver os mesmos momentos indefinidamente. Uma possibilidade ainda mais perigosa é que a energia empregada na viagem pelo tempo dê a volta pelo passado e retorne ao mesmo local da partida e se acumule nesse espaço até explodir. Ficção científica da grossa.

 

Os cálculos de Hawking sobre isso são surpreendentes. Eles indicam que as branas podem diluir um pouco esses riscos porque, como têm muitas dimensões, diminuem as possibilidades de erro. Mas elas ainda são imensas. As contas ficam mais divertidas quando Hawking relata as suas apostas com um célebre colega americano, o físico Kip Thorne, da Universidade da Califórnia, o primeiro a publicar sem (muito) susto um artigo sobre as viagens no tempo. Hawking apostou, por exemplo, que as viagens no tempo deveriam ser impossíveis simplesmente por serem contraditórias. Basta lembrar a velha história do sujeito que volta ao passado e mata seu avô. Mas então ele nem nasceu; como poderia recuar no tempo? E, se não recuou, como matou o avô? O raciocínio pode não ser novo, mas Hawking transformou-o em uma lei, apoiado em argumentos científicos que teriam convencido Thorne de uma vez por todas. Trata-se da Conjectura da Proteção Cronológica.

Com base nessa lei e nas características do tempo imaginário, ele calculou qual seria a probabilidade de Thorne matar o seu avô. É menor que 1 sobre 10-62 (escreve-se 1 precedido por 61 zeros, depois da vírgula).

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De volta da incrível – e difícil – viagem, Hawking faz uma longa especulação sobre o progresso da humanidade no futuro próximo, discorrendo sobre a inteligência artificial e a possibilidade de ampliar a inteligência humana por enxertos de circuitos eletrônicos no cérebro. Fala também da evolução da espécie humana: ele acha que a inteligência é uma escolha da humanidade contra a evolução. “O valor evolutivo da inteligência é questionável. As bactérias se defendem muito bem e certamente sobreviverão a nós, que mesmo inteligentes vivemos flertando com a extinção em massa.” Essa não era muito a praia dele, é verdade. Hawking não era engenheiro nem biólogo, mas suas digressões nos preparam o espírito para o gran finale. Vamos lá, coragem.

“O Admirável Mundo Novo das Branas” – o oitavo capítulo de O Universo numa Casca de Noz – é uma síntese do pensamento de Hawking e é onde se revelam todos os segredos da sua Terra Média. A bem da verdade e sem querer contar o final da história, é melhor dizer que se revelam todos os mistérios que ainda precisam ser esclarecidos. Só então, explica o autor, teremos chegado à unificação definitiva das grandes teorias da física do século 20: a teoria da relatividade, de Einstein, e a mecânica quântica, que Einstein também ajudou a montar.

Esse é o Santo Graal da física contemporânea – a arca perdida que ele procura por todo o livro. Ele conta que a idéia da unificação ganhou força nos anos 1980 com o nome de Teoria de Tudo e que não pára de seduzir físicos e matemáticos. De lá para cá, no entanto, as pesquisas evoluíram bastante, especialmente com a ajuda das branas e da teoria das cordas, cujas idéias básicas são, primeiro, que o Universo tem mais dimensões do que as quatro conhecidas e, segundo, que as partículas do interior do átomo não são pequenas esferas, como sempre se pensou. Em vez disso, elas seriam linhas vibrantes, carregadas de energia. Cordas e branas estariam ligadas. Na física atual, porém, o espaço e o tempo se misturariam com a matéria de maneira tão intrincada que os cientistas já não sabem muito bem onde termina um e começa o outro.

Hoje, a esperança de unificação da física depende da costura de uma vasta colcha de retalhos denominada Teoria-M. Hawking a descreveu dizendo que é como um quebra-cabeça de teorias diversas, aparentemente conectadas entre si. Uma parte dessas teorias não se arrisca a lidar com fenômenos muito perto das fronteiras do Universo: não tentam entender o espaço, o tempo e a matéria nos momentos iniciais de sua existência. Ficam na periferia do problema, por assim dizer. Então não há grandes dificuldades. “Temos agora uma idéia muito boa das bordas do quebra-cabeça”, disse. Mas algumas teorias da colcha de retalhos vão fundo na questão: almejam compreender o momento exato do Big Bang (a explosão que deu origem ao cosmo). Algumas versões das teorias chegam a perguntar o que houve antes do Big Bang. Mas aí é complicado: as contas não batem, não dão resultado concreto, que se possa verificar experimentalmente.

Ainda resta um buraco no centro do tabuleiro e talvez aí se descubram fenômenos ainda mais estranhos sobre o cosmo. “O que há no centro da Teoria-M? Haverá dragões como pensavam os antigos navegadores?”, diz Hawking.

Aqui, vale a pena dizer que a opinião de Hawking sobre a explicação do Universo tinha um peso decisivo para a comunidade científica, mas não é a única, é claro. Ele mesmo mudou de posição com os anos, e veio daí, na verdade, a principal diferença entre A Breve História do Tempo e O Universo numa Casca de Noz. É certo que os dois livros contam basicamente a mesma história e seus editores se basearam nisso para dizer que o segundo seria uma versão mais acessível do primeiro. Mas isso está correto apenas em parte. Entre um texto e outro, a mudança principal é que Hawking se tornou muito mais permeável à teoria das cordas, que são mencionadas apenas de passagem no primeiro livro. As branas, criação dos cordistas, não apareciam.

Nesse meio tempo, ele deu declarações públicas, dizendo que não falava das cordas porque a teoria não conseguia prever nada que se pudesse verificar na prática. Isso era verdade então, mas continuou sendo um fato depois de Hawking ter mudado de opinião, passando a utilizar diversos conceitos dos cordistas. Mesmo assim, como diz Steinhardt, um cordista de berço, a abordagem de Hawking é muito particular. “Ele tentou explorar essas ideias para verificar se houve ou não um começo para o tempo, enquanto minha sugestão é que não houve um Big Bang”.

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Esse é mais um indício de que, se você não se sentiu muito esperto diante das explicações da obra de Hawking, não faz mal. Se precisar de um afago para o ego, pense que os cientistas também se sentem confusos, às vezes. O próprio Hawking lia e relia seus conceitos. Os teóricos se esforçam para manter a bagunça sob controle. Uma das lendas da astronomia moderna, o americano Joseph Silk, da Universidade de Oxford, Inglaterra, afirmou que nunca conseguiu entender muito bem a idéia do tempo imaginário. “Da mesma forma que 99,99% dos leitores de Hawking. Mas, a maior parte é perfeitamente compreensível”, diz. Para nós, simples mortais, essa parcela pode não ser tão predominante assim. Mas, mesmo nas páginas mais espinhosas, permanece pelo menos um mérito: ele é desafiador.

O retrato mais preciso do Big Bang

Enquanto Stephen Hawking escrevia (e vendia) seus livros, uma equipe internacional de pesquisadores obteve uma imagem histórica do brilho do Big Bang, a grande explosão que deu origem ao Universo, segundo a imensa maioria dos cientistas. Sem as informações contidas nessa luminescência, os teóricos, como Hawking, ficam sem matéria-prima para fazer a lição de casa. É a figura que os próprios cientistas vêem quando olham para o nascimento do cosmo. A imagem, divulgada há poucas semanas, foi feita por uma equipe internacional de pesquisadores, conhecida pela sigla WMAP (“Sonda Wilkinson da Anisotropia de Microondas”, em inglês). Ela estabeleceu, com precisão inédita, todos os números-chaves que alimentam as teorias mais recentes sobre o cosmo. Para começar, ela reduziu a incerteza que ainda resta sobre a idade do Universo a apenas 1%. Sabe-se agora que ele nasceu há 13 bilhões e 700 milhões de anos. Nem a origem do homem é conhecida com tanta exatidão.

Outro dado interessante é a data da própria luminosidade: curiosamente, o Universo era tão denso, inicialmente, que demorou milhares de anos para brilhar. Antes disso, sua luz ficava presa entre as partículas de matéria e o cosmo era negro. As novas medições mostram que a luz levou 380 mil anos para se espalhar pelo espaço. Os raios que estamos recebendo ficaram 13,7 bilhões de anos vagando por aí, sem tocar em nada. Para quem sabe ver, é um retrato autêntico do passado. As pistas principais são o tamanho das manchas e a distância. A equipe da WMAP, por exemplo, deduziu dessas formas que as primeiras estrelas começaram a brilhar apenas 200 milhões de anos depois do Big Bang. Eles também perceberam que o Universo é quase inteiramente feito de uma forma desconhecida de energia, chamada de energia escura. Sua existência só foi percebida em 1997, mas não se sabe direito o que é.

O fato é que, sozinha, responde por 73% do conteúdo total do Universo. Outros 23% são matéria escura: estrelas sem brilho, planetas e partículas atômicas. Os átomos propriamente – nós inclusive – são apenas 4% do cosmo.

 

Para saber mais

Uma Breve História do Tempo (1988)

O Universo numa Casca de Noz (2001)

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