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8 Mistérios ainda inexplicáveis para a Ciência

Ciência está em todo lugar, e vem explicando o mundo, aprendendo a cada dia, mas há mistérios que Ela ainda briga para entender

28/06/2022 às 0:13

Existe um grupo que critica a Ciência por não ter resposta para tudo, o que é injusto, mas também há os que achem que a Ciência tem todas as respostas, o que é errado. Há muito o que a Ciência não sabe responder, mas a beleza é que a cada dia descobrimos novas respostas.

Mistérios misteriosos da CIência. (Crédito: Pixabay)

Alguns milhares de anos atrás, quando começamos a plantar ao invés de coletar, chuvas, estações do ano eram um mistério. Gente inteligente começou a observar as constelações, a associar a passagem do tempo com a estações do ano, e com base nas estrelas, era possível prever quando a época das chuvas chegaria.

Com matemática e geometria Kepler deduziu Leis de movimento planetário que seriam fundamentais para Newton formular sua Teoria Gravitacional. Com o trabalho de Newton e Galileu, pousamos na Lua.

Para a Ciência o Universo é um imenso quadro com perguntas, nós aprendemos, mistérios se tornam respostas, e algumas vezes novas perguntas surgem, enquanto continuamos acumulando conhecimento. Mesmo assim, há várias lacunas fundamentais que ainda não conseguimos preencher.

Somos exploradores. Antes de desenvolver a escrita, aprendemos a ler os céus e nos guiar pelas estrelas (Crédito: Moana/Disney)

Não que a Ciência esteja jogando a toalha. Convenhamos, nossa espécie tem 200 mil anos, os primeiros 190 mil passamos basicamente comendo terra, o chamado Método Científico tem uns 200 anos. É admirável que em 5 mil anos de civilização passamos de adoradores de gatos que empilhavam pedras para adoradores de gatos que viajam para outros mundos.

Isso tudo é para dizer que mesmo com todo nosso conhecimento, há vários problemas ainda sem resolução. Vamos conhecer alguns deles:

1 – Matéria Escura

Isso que você vê aqui representa menos de 5% de toda a matéria e energia nessa região do espaço (Crédito: Felix Mittermeier)

Antigamente a melhor explicação para o movimento dos planetas e estrelas consistia em esferas de cristal, concêntricas, movidas pela Providência. Astrônomos sabiam calcular suas posições, prever seu comportamento futuro, mas o mecanismo ainda era misterioso.

Isaac Newton publicou sua obra seminal Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica em 1687, onde propôs que planetas orbitavam o Sol atraídos pela força da Gravidade, e apresentou fórmulas que previam e explicavam essa atração.

A Teoria Gravitacional Newtoniana funcionava perfeitamente, mesmo sem explicar o mecanismo de como a Força Gravitacional atuava, até que em 1859 surgiu uma pedra no sapato: Observações extremamente precisas de Mercúrio mostravam que ele sofria precessão, ou seja, seu periélio, o ponto mais próximo do Sol durante sua órbita, se movia. Muito pouco, um pentelhonésimo de micronada, mas o suficiente para ser detectado com a tecnologia da época, e segundo Newton, isso não deveria acontecer.

A Teoria de Newton não explicava esse movimento, um mistério que só foi explicado quando Einstein publicou a Teoria Geral da Relatividade, e tratou a Gravidade como uma curvatura na estrutura espaço-temporal. Aplicando as equações de Einstein, o movimento de Mercúrio (e de todo o Universo) é previsto perfeitamente.

Só que não.

A Gravidade de Einstein funciona para coisas simples como planetas e aglomerados estelares, mas quando os cientistas aplicaram as equações em coisas como galáxias, descobriram que elas não eram estáveis.

Segundo nosso entendimento da Gravidade, as estrelas observáveis em uma galáxia não são suficientes para mantê-la inteira. Elas giram rápido demais, as estrelas seriam lançadas acima da velocidade de escape.

Algo está mantendo as galáxias inteiras, algo está gerando um excesso de gravidade. Esse algo é invisível, e foi chamado de Matéria Escura. É teorizado que essa Matéria tem propriedades como massa, mas ao mesmo tempo não interagem com luz, energia ou campos eletromagnéticos.

XMASS, um dos mais avançados detectores de Matéria Escura (Crédito: Italian Laboratori Nazionali del Gran Sasso)

Quando adicionamos Matéria Escura nas equações de Einstein, tudo volta a funcionar, mas é uma gambiarra matemática. Dezenas de experimentos já foram feitos para tentar detectar Matéria Escura, de forma direta ou indireta, mas nenhum resultado promissor foi conseguido.

Para piorar, nosso modelo do Universo só funciona se houver 6 vezes mais Matéria Escura do que matéria visível. Em verdade, somente 5% do Universo é composto de material observável. Estrelas, galáxias, trovões, supernovas, nebulosas, tudo isso é somente 5% do que existe. O resto é 26% Matéria Escura, 69%... Energia Escura.

2 – Energia Escura

Não, Energia Escura não é o Lado Negro da Força. (Crédito: Disney/Lucasfilm)

Quando Einstein postulou suas equações ele criou uma Constante Cosmológica para fazer as contas baterem. Era um elemento para representar a massa do espaço vazio. Um belo dia, em 1980 Alan Guth e Alexei Starobinsky perceberam que a Constante Cosmológica poderia ser usada para explicar a inflação do Universo logo após o Big Bang, 13.8 bilhões de anos atrás.

Só que aí as contas pararam de bater com as observações. Supernovas distantes mostravam uma velocidade de expansão do Universo menor do que a atual. Era de se esperar que após o Big Bang a velocidade de expansão começasse a diminuir, mas ao invés disso o Universo está se expandindo cada vez mais rápido.

A única forma disso ser possível é a Constante Cosmológica não ser uma constante, mas representar algum tipo de energia que está promovendo essa aceleração. Batizada de Energia Escura, ela é um dos grandes desafios da Ciência. Segundo o modelo atual a Energia Escura representaria 69% de todo o Universo, e não temos a menor idéia do que ela seja e se sequer existe, mas seus efeitos são bem documentados.

3 – Origem da Consciência

Uma das mais belas definições que já vi é que o Homem é um milagre químico que pensa, mas somos mais que isso. Toda criatura na Terra é a versão mais recente de uma molécula de DNA, cuja diretriz básica é se reproduzir, e que vem fazendo isso com sucesso nos últimos 4.2 bilhões de anos.

O que chamamos de consciência, a percepção que nos diferencia de animais como répteis, moluscos e comentaristas de portal pode ser um efeito colateral, não-desejado mas neutro para a Evolução.

A Ciência simplesmente não tem idéia de como a Consciência surgiu, em quais níveis ela existe em diferentes animais, e mesmo se ela é inevitável. Há quem diga que com uma quantidade suficiente de neurônios em um cérebro, a complexidade das conexões gerará automaticamente um cérebro consciente.

Outras correntes da Ciência tratam a Consciência como um problema não-computável, dependendo da qualidade das conexões, não da quantidade.

T.H. Huxley defendia que animais eram “autômatos”, diferenciados dos humanos, com comportamos simples e pré-programados, o que parece fazer sentido com a teoria de que é preciso uma massa crítica de neurônios para que se desenvolva comportamento individual.

Na esquerda, cérebro de uma formiga forrageira. Não exatamente gigantesco. (Crédito: Eureka/Universidade do Arizona)

Exceto que estudos demonstraram que mesmo formigas, que não são renomadas por seus telencéfalos altamente desenvolvidos ou polegares opositores, apresentam comportamentos individualizados. Uma formiga não irá agir da exata mesma forma em uma situação, comparada com outra formiga.

Nosso cérebro ainda é uma grande caixa-preta, muitos o descrevem como a máquina mais complexa do Universo, mas quanto a seu funcionamento, não estamos muito melhores do que Aristóteles, que acreditava que o cérebro servia para resfriar o sangue, e a Consciência era abrigada no coração.

4 – Entrelaçamento Quântico

Tipo isso. Ignore o macaco. (Crédito: DC)

Einstein não era fã da Teoria Quântica, embora a respeitasse, mas quando ele aprendeu sobre entrelaçamento quântico, subiu nas tamancas e chamou de “Ação fantasmagórica à distância”, que em alemão, spukhafte Fernwirkung, fica melhor ainda.

O conceito é ao mesmo tempo simples e assustador, para entendê-lo, vamos a um cursinho relâmpago de mecânica quântica:

É tudo probabilidade. Uma partícula existe se houver 100% de probabilidade dela existir. No caso de um elétron, ele existe em uma nuvem, onde em cada ponto a probabilidade do elétron existir é maior que zero mas menor de 100%. Somente quando você interfere, medindo o sistema essa chamada “função de onda” de probabilidade colapsa, e em algum ponto temos o elétron.

Observação, via microscópio de tunelamento, da função de onda de elétrons em um ponto quântico em uma superfície de Grafeno (crédito: Scitehdaily)

As características das partículas também são funções de onda. Imagine que você tem uma moeda, que tem como característica ser cara ou coroa. Na física quântica a moeda está girando. Ela é cara e coroa ao mesmo tempo. Se você der um tapa na moeda, interrompendo a rotação, a função de onda colapsa, e ela agora é cara. Ou coroa.

A grande questão é que é impossível prever o resultado, o estado final é sempre aleatório.

Agora a parte divertida: Imagine que você crie um par de partículas, ou moedas. Coloque ambas para girar. Você espalma uma delas, deu cara. Imediatamente a outra moeda pára de girar e cai, dando coroa.

Você repete o experimento, levando uma das moedas para um laboratório do outro lado da cidade. Ambas girando. No laboratório original alguém espalma a moeda. Deu coroa. A sua moeda cai, dando cara. Imediatamente.

Se você colocar uma das moedas em uma nave espacial que percorrerá 100 mil anos-luz até o outro lado da galáxia, quando os insetos inteligentes que nos sucederem concluírem o experimento, um deles espalmará a moeda na Terra. Deu cara. A outra moeda, 100 mil anos-luz dali, dará coroa. Imediatamente.

Primeira imagem de fótons em estado de entrelaçamento quântico. (Crédito: Paul-Antoine Moreau / Universidade de Glasgow)

O chamado entrelaçamento quântico aparentemente viola uma das Leis básicas da Relatividade, de que nada se move mais rápido que a velocidade da luz. Alguns argumentam que como nenhuma informação é transmitida, a regra não foi violada, mas como ambas as partículas estão em estado de superposição, podendo ser cara ou coroa, quando a função de onda colapsa, essa informação precisa chegar até a outra moeda.

A parte assustadora da Ciência vem agora: Centenas de experimentos já comprovaram o entrelaçamento quântico, ele foi demonstrado de fótons a até microdiamantes. Um dos mais fascinantes foi feito pela Dra Gabriela Barreto Lemos, e é descrito no paper Quantum imaging with undetected photons.

Trabalhando então no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica de Viena, Gabriela bolou um experimento que parece ficção científica: Um laser passa por dois cristais, gerando pares de fótons de freqüências diferentes, mas entrelaçados quanticamente. Um feixe desses fótons é disparado em direção a um objeto, o outro feixe vai em direção a um detector.

Quando os fótons que atingiram o objeto são detectados (mas não medidos) a função de onda colapsa, e os fótons da outra freqüência atingem um detector e formam uma imagem. Do tal objeto, que eles nunca chegaram perto.

A imagem foi gerada quando um feixe de fótons atingiu a silhueta de papelão do gato, Só que os fótons que atingiram a câmera não passaram nem perto do objeto (Crédito: Institute for Quantum Optics and Quantum Information)

É como você mandar dois Office Boys, um para o banco, outro para seu escritório, o do banco consultar seu saldo e o do escritório instantaneamente saber o valor.

Há alguns detalhes no experimento que não violam o limite da velocidade da Luz, mas é uma bela demonstração do Entrelaçamento Quântico, e poderá ser revolucionário na área de diagnóstico por imagem, por exemplo. Você pode mandar fótons de raios-x bem mais fracos, se forem entrelaçados com fótons de luz visível direcionados a um detector, por exemplo.

Agora, COMO essa desgraça funciona, é o grande mistério que tem um Nobel prontinho para quem desvendar.

5 – Desequilíbrio da Antimatéria

Não chute antimatéria (Crédito: Paramount)

Eu vou contar um segredo: O Universo não deveria existir, e nem é meu lado misantropo falando, né a Ciência. Algum tempo depois do Big Bang, 10-35 segundos, para ser preciso, ocorreu a formação de 3 Forças Fundamentais da Natureza, a Gravidade, Força Nuclear Forte, e a Força Eletrofraca. Nesse mesmo momento surgiram os Quarks e Léptons, partículas fundamentais que compõe todas as outras.

Exceto que essas partículas surgiam da própria estrutura do espaço-tempo em pares, partícula e anti-partícula. Um quark aparecia (quando a probabilidade de sua existência atingia 100%) e um anti-quark aparecia junto. Ambos se aniquilavam, the end.

Ao menos é o que a Teoria Quântica prevê, um universo perfeitamente equilibrado, como todas as coisas deveriam ser. Só que com todo mundo se aniquilando, complicado surgirem prótons, nêutrons, elétrons e tudo que que compõe a Luciana Vendramini.

Exceto que mais ou menos uma vez a cada bilhão de pares de partículas que apareciam e eram aniquilados, uma escapava. Isso foi se acumulando e hoje temos um universo basicamente composto de matéria, antimatéria surge naturalmente, até de bananas, mas é uma minoria absoluta, comprovado por você encostar em um monte de coisas e em geral elas não explodirem.

Exemplo de criação de um par de partícula/antipartícula em uma câmara de nuvens, à partir de um fóton de raios Gama.

O grande mistério é: Qual a origem desse desequilíbrio? Ele não faz sentido nem via Teoria Quântica, nem via Relatividade, Física Clássica, nada. Será que nosso Universo é exceção? Talvez a norma seja universos vazios, repletos de fótons de raios gama, resultados da aniquilação geral.

6 – Gravidade Quântica

Só viaje, não tente entender (Crédito: Reprodução Internet)

Gravidade é uma biatch, todo mundo que já tomou um tropeção sabe disso, e a Ciência concorda. O modelo de Einstein, da gravidade ser efeito da distorção do tecido do espaço-tempo funciona, mas o mecanismo não é explicado.

No chamado Modelo Padrão não há explicação para a gravidade. Segundo Einstein ela não é uma Força, mas um efeito. Quando entramos no campo da Mecânica Quântica, é postulo o Graviton, uma partícula hipotética que geraria o chamado campo gravitacional.

Matematicamente o modelo de Einstein não funciona com o modelo quântico, e nenhuma hipótese da Teoria Quântica explica gravidade de forma convincente. Temos então dois modelos excelentes para explicar parte do Universo, mas eles não se encaixam.

É como se você tivesse um filme em duas fitas, uma VHS, outra Betamax. E você só pode ter um tipo de player.

Uma teoria quântica da gravidade será o grande avanço da Ciência do Século, seja em qual Século for que ela surja.

7 – Monopolos magnéticos

Imãs podem ser complicados. (Crédito: Warner Brothers)

Imãs, como eles funcionam? A força eletromagnética é um dos fenômenos da Ciência que mais fascinam crianças. Como os imãs flutuam, como desafiam a força gravitacional do planeta inteiro, mesmo minúsculos?

Algo que também aprendemos quando crianças é que se quebrarmos um imã, ele se torna dois imãs com novos pólos norte e sul. Todo imã tem um lado que atrai e outro que repele. Polos iguais se repelem, opostos se atraem.

Algo errado não está certo (Crédito: SDM Magnets / Editoria de Arte)

Exceto que segundo a Ciência, é perfeitamente possível um imã ter um pólo só, do mesmo jeito que uma partícula pode ter uma carga somente positiva ou somente negativa. O problema é que ninguém nunca conseguiu identificar monopolos magnéticos, nem na Terra nem no Espaço. Esse é outro Nobel que já está reservado. Ah sim, os monopolos implicam na descoberta de uma nova partícula subatômica.

8 – Cadê o Lítio?

Eu falei LÍTIO, caceta, não Lito. (Crédito: Aviões & Músicas)

Mais uma vez, como meus problemas, tudo começa no Big Bang. Por volta de uns dois minutos da existência do Universo, a temperatura já caiu pra apenas 109 Kelvin, o que permitiu a formação dos primeiros elementos químicos, como Hélio, Hidrogênio, Berílio e Lítio.

A boa e velha Ciência permite que a gente calcule a proporção com que esses elementos foram gerados, e todos bateram certinho com a conta, exceto o Lítio. Esse elemento aparece em proporção 3 ou 4 vezes menor do que deveria.

Lítio é um metal alcalino, de número atômico 3, é o elemento mais simples depois do Hélio e do Hidrogênio (Crédito: Ubuy)

Ninguém sabe onde foi parar o Lítio do Big Bang, se ele sumiu ou nem foi produzido. Algo misterioso está consumindo Lítio em proporções cósmicas. Eu acho que é o Q.

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