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Brian Greene e a popularização da ciência

"A física é complexa, mas qualquer pessoa pode entendê-la se conectá-la com suas experiências, pois tudo o que você faz tem física. Então se você entende física, entende a realidade." - Brian Greene

Físico norte-americano, Brian Greene é considerado um dos maiores especialistas em Cosmologia e Física de Partículas na atualidade. Porém, suas ideias se tornaram mundialmente conhecidas por outra de suas capacidades: a de tornar compreensível, aos leigos, as mais intrincadas questões do universo.

Um ótimo exemplo é a Teoria das Supercordas: a ideia que minúsculas vias de energia vibrando em 11 dimensões criam todas as partículas e forças no universo. Nada simples de compreender, muito menos de provar, mas, nas palavras de Greene, o tema se tornou um best-seller, finalista do Pulitzer.

A obra O universo elegante traz a busca da teoria definitiva proposta por Einstein, que uniria a relatividade geral e a mecânica quântica, levando a uma compreensão final sobre a estrutura e o funcionamento do universo.

Quais as implicações (e até possibilidades de comprovação) de uma teoria unificada? Qual o papel de Brian Greene na difusão desta imensa empreitada?

Em artigo exclusivo para o Fronteiras do Pensamento, o professor Emerson Luna* nos dá uma aula sobre esta grande ambição da física contemporânea -- e mostra como explicar toda estrutura do universo (e da realidade) pode ser tão difícil quanto fascinante.

Emerson Luna | Greene e a popularização da ciência

O sonho de uma teoria final, completa e consistente em sua ilimitada validade, encontra um lugar natural na Física moderna.

A ideia de que seja possível a formulação de uma teoria especial, contendo de forma unificada todas as leis fundamentais e propiciando o completo entendimento do universo em toda a sua complexidade, encontra raízes na corrente de pensamento filosófica denominada reducionismo.

Essa corrente sugere que todos os processos e sistemas podem ser compreendidos em termos de seus constituintes mais fundamentais. Quando aplicada à Física, ela indica que o caminho para o entendimento de um determinado fenômeno segue uma orientação que sempre aponta para a camada mais profunda da realidade, de forma que, em princípio, tudo possa ser entendido em termos dos constituintes mais elementares da matéria.

A filosofia reducionista nos mostra, portanto, que, se uma teoria final desses constituintes puder ser formulada, ela será necessariamente uma teoria de tudo.

Certamente, ainda não temos uma teoria de tudo, e nem sequer sabemos se o reducionismo na Física pode ser sustentado de forma tão radical, mas é exatamente dentro desse contexto que alguns cientistas trabalham incessantemente na busca da teoria final.

Nos últimos anos, uma nova candidata à teoria de tudo tem cativado a imaginação de vários desses cientistas: a Teoria de Supercordas.

Essa teoria, cujo postulado central é o de que o mundo que nos cerca seja constituído por pequenas cordas, propõe uma descrição unificada de todas as forças da natureza e de todas as partículas fundamentais da matéria.

A Teoria de Supercordas combina a Teoria de Cordas com uma estrutura matemática chamada supersimetria, uma simetria geométrica abstrata que descreve de forma unificada bósons e férmions, as duas classes em que todas as partículas fundamentais da natureza podem ser agrupadas.

A Teoria de Supercordas é baseada em ideias matemáticas elegantes com consequências que têm provado serem consistentes com o mundo real. A beleza e o potencial do seu formalismo físico-matemático tem atraído a atenção de muitos físicos, tornando o estudo das propriedades das cordas uma das áreas de pesquisa mais ativas na Física teórica.

Entre os principais entusiastas da Teoria de Supercordas está o físico teórico Brian Greene. Para ele e outros praticantes deste formalismo a teoria esboça de forma plausível o caminho para a formulação de uma teoria quântica da gravitação, etapa essencial na construção de uma visão unificada de todas as forças.

A Teoria de Supercordas seria a candidata natural para a solução do paradoxo central da Física contemporânea das partículas elementares, que se resume na aparente incompatibilidade de suas duas principais fundações teóricas.

A primeira fundação é a teoria da Relatividade Geral de Einstein, que relaciona a força da gravidade à estrutura do espaço e do tempo. É uma "generalização" da teoria de gravitação de Newton consistente com os princípios, válidos para fenômenos que ocorram com velocidades próximas à da luz, ditados pela Teoria da Relatividade Especial. A Relatividade Geral trata de fenômenos em escalas cósmicas e forma a base do nosso atual entendimento da evolução do universo.

A segunda fundação é a Mecânica Quântica, a teoria que rege os fenômenos em escalas microscópicas. Teorias quânticas relativísticas, que combinam elementos da Mecânica Quântica e da Relatividade Especial, existem para três das quatro forças fundamentais da natureza, mais precisamente para as interações forte, fraca e eletromagnética.

Entretanto, no caso da quarta força fundamental conhecida, a interação gravitacional, até o momento não há uma teoria que una satisfatoriamente aspectos comuns à Mecânica Quântica e à teoria de Einstein para a gravitação.

A dificuldade está no fato de tal unificação exigir uma formulação radicalmente nova das leis da Física do mundo microscópico. Porém, como apontam os teóricos de supercordas, essa visão nova e radical do tempo e do espaço já está presente de forma intrínseca na teoria, uma vez que nela as partículas elementares passam a ser pensadas como cordas, e não mais como pontos.

Uma característica essencial da Teoria de Supercordas é que ela requer que o universo possua mais do que três dimensões espaciais.

A pesquisa de Brian Greene está focada no estudo das implicações físicas dessas dimensões extras. Seus estudos têm contribuído de forma original para o entendimento das propriedades das dimensões extras e colaborado de forma decisiva para o desenvolvimento das bases da chamada geometria quântica, onde aspectos topológicos são essenciais (topologia é um ramo da Matemática que estuda a maneira como linhas, curvas, superfícies etc. se conectam entre si; dizemos que dois objetos são topologicamente distintos quando não podem ser deformados um no outro sem que "rasguemos" um deles).

A geometria quântica difere em aspectos substanciais da geometria clássica inerente à Relatividade Geral, sendo a geometria exigida para a descrição acurada de processos físicos que ocorram em escalas ultramicroscópicas, ou seja, em escalas onde efeitos quânticos tornam-se relevantes.

Brian Greene é também pioneiro em estudos dedicados à interface entre a Teoria de Supercordas e a Cosmologia, área da Física dedicada ao estudo da origem e evolução do universo. Ele foi um dos fundadores, sendo atualmente um dos diretores, de um novo instituto na Universidade de Columbia, o ISCAP – Institute for Strings, Cosmology, and Astroparticle Physics (Instituto de Cordas, Cosmologia e Astropartículas). Um dos principais objetivos desse instituto é a identificação de possíveis manifestações da Teoria de Supercordas em dados cosmológicos de alta precisão que serão coletados por vários experimentos na próxima década.

O universo elegante - Brian Greene

Com um importante e intenso trabalho de popularização da ciência, Brian Greene tornou-se um autor conhecido fora dos círculos acadêmicos. Seu primeiro livro de divulgação científica, The elegant universe: superstrings, hidden dimensions and the quest for the ultimate theory, publicado em 1999 e traduzido em 2001 para o português com o título O universo elegante: Supercordas, dimensões ocultas e a busca da teoria definitiva, é uma bem-sucedida obra de popularização da Teoria de Supercordas e da Teoria-M, a teoria que unifica as primeiras Teorias de Supercordas dentro de uma estrutura única de 11 dimensões espaçotemporais.

Neste livro, Greene utiliza de forma hábil uma série de analogias criativas para compor em detalhes aspectos físicos e matemáticos da Teoria de Supercordas e suas implicações. O livro foi finalista do Prêmio Pulitzer e vencedor do The Aventis Prizes for Science Books em 2000, e também gerou um programa especial no canal norte-americano PBS, apresentado e narrado pelo próprio autor. O programa televisivo venceu em 2003 o Prêmio Peabody.

tecido do cosmo - brian greeneThe fabric of the cosmos: space, time and the texture of reality, seu segundo livro, publicado em 2005 e traduzido no mesmo ano para o português com o título O tecido do cosmo: o espaço, o tempo e a textura da realidade, tem por objetivo familiarizar o leitor, sempre a partir de analogias extraídas do nosso senso comum, com alguns conceitos matemáticos não intuitivos que permeiam vários conceitos e teorias físicas, como, por exemplo, a Teoria de Supercordas, o princípio da incerteza de Heisenberg e a cosmologia inflacionária.

Neste livro, Greene faz um apanhado histórico da nossa compreensão dos conceitos de tempo e espaço, passando pela Física de Newton, de Einstein e pela Física Quântica antes de discutir os últimos avanços da Teoria de Supercordas. Greene abre o livro com uma discussão sobre O mito de Sísifo, ensaio filosófico de Albert Camus, estabelecendo um tom humanista que se sustenta até a última página. Este livro gerou outro programa de TV no canal PBS, novamente contando com a apresentação e a narração de Greene.

Na sua terceira obra literária de divulgação, Icarus at the edge of time, publicada em 2008 e ainda não traduzida para o português, Greene realiza uma engenhosa transposição do mito clássico grego para a era moderna: no lugar de asas de cera e uma viagem próxima ao Sol, um garoto se aventura através do espaço cósmico e se depara com os desafios existentes nas proximidades de buracos negros. O livro, ricamente ilustrado com fotos coloridas do telescópio espacial Hubble, é destinado a um público infanto-juvenil mais aficionado por histórias de aventura.

realidade oculta brian greene

Seu quarto livro, The hidden reality: parallel universes and the deep laws of the cosmos, publicado em 2011 e traduzido em 2012 para o português com o título A realidade oculta: universos paralelos e as leis profundas do cosmo, discute uma questão central da Física moderna e da Cosmologia: é o nosso universo único?

O livro mostra que, com o advento da Teoria de Supercordas, a existência de múltiplos universos e outras entidades exóticas tornou-se bastante provável. A partir da teoria da Relatividade, do Big Bang e do nosso universo em expansão, o autor discorre sobre a multiplicidade de formas que esses universos paralelos poderiam tomar.

Com um olhar lúcido e intrigante, Greene sustenta que a existência de universos paralelos, o multiverso, é a explicação mais razoável para diversos enigmas cosmológicos.

Brian Greene nasceu em Nova York em 1963. Realizou sua graduação em Física na Universidade de Harvard e obteve seu doutorado na Universidade de Oxford, onde foi um Rhodes Scholar.

Ele foi professor titular da Universidade de Cornell antes de se tornar professor de Física e Matemática da Universidade de Columbia. Junto com a jornalista Tracy Day, vencedora do Prêmio Emmy, Brian Greene fundou o The World Science Festival. O festival, que estreou em Nova York em 2008 e já atraiu um público superior a 500 mil pessoas, foi saudado pelo New York Times como "uma nova instituição cultural".

Greene já ministrou palestras técnicas e de divulgação científica em mais de 25 países. Em 2012, teve seu talento como educador reconhecido ao receber o Prêmio Richtmyer Memorial Award, concedido anualmente pela Associação Americana de Professores de Física.


*EMERSON LUNA | Professor do Instituto de Física da UFRGS desde 2011. Realizou sua graduação em Física na Unicamp, obteve o seu mestrado e o seu doutorado no Instituto de Física Teórica (IFT) e na Unicamp, respectivamente. Possui doutorado-sanduíche pela Université de Montréal no Canadá e pós-doutorado pelo Institute for Particle Physics Phenomenology da Universidade de Durham na Inglaterra.


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