As 20 grandes perguntas da ciência

As 20 grandes perguntas da ciência

11  de Setembro de 2013 

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Por Hayley Birch, Colin Stuart e Mun Keat Looi

1. De que é feito o universo?

Os astrônomos enfrentam um enigma embaraçoso: eles não sabem de que são feitos 95% do universo. Os átomos, que formam tudo o que vemos a nosso redor, respondem por ínfimos 5%. Nos últimos 80 anos ficou claro que a maior parte do resto é composta de duas entidades sombrias -- a matéria escura e a energia escura. A primeira, descoberta em 1933, age como uma cola invisível, ligando galáxias e aglomerados de galáxias. Revelada em 1998, a segunda empurra a expansão do universo a velocidades cada vez maiores. Os astrônomos estão se aproximando das verdadeiras identidades dessas intermediárias invisíveis.

2. Como a vida começou?

Há 4 bilhões de anos, alguma coisa começou a se mexer na sopa primordial. Algumas substâncias químicas simples se uniram e criaram a biologia – surgiram as primeiras moléculas capazes de se replicar. Nós, humanos, somos ligados pela evolução àquelas primeiras moléculas biológicas. Mas como as substâncias químicas básicas presentes na Terra primitiva se organizaram espontaneamente em algo semelhante à vida? Como obtivemos o DNA? Qual era a aparência das primeiras células? Mais de meio século depois que o químico Stanley Miller propôs sua teoria da "sopa primordial", ainda não chegamos a uma conclusão sobre o que aconteceu. Alguns dizem que a vida começou em poças quentes perto de vulcões; outros, que ela foi provocada por meteoritos que caíram no mar.

3. Estamos sós no universo?

Talvez não. Os astrônomos vasculham o universo em busca de lugares onde mundos com água poderiam ter dado origem à vida, de Europa e Marte, em nosso sistema solar, a planetas a muitos anos-luz de distância. Os radiotelescópios têm vigiado o céu, e em 1977 ouviu-se um sinal com as características potenciais de uma mensagem alienígena. Hoje os astrônomos podem rastrear as atmosferas de mundos distantes em busca de oxigênio e água. As próximas décadas serão um momento excitante para ser um caçador de alienígenas, com até 60 bilhões de planetas potencialmente habitáveis só em nossa Via Láctea.

4. O que nos torna humanos?

Apenas olhando seu DNA, você não saberá -- o genoma humano é 99% idêntico ao de um chimpanzé e 50% ao de uma banana. No entanto, temos um cérebro maior que a maioria dos animais – não o maior, mas com três vezes mais neurônios que o de um gorila (86 bilhões para ser exato). Muitas coisas que antes considerávamos características nossas – a linguagem, o uso de ferramentas, reconhecer-se no espelho – são encontradas em outros animais. Talvez seja a nossa cultura – e suas consequências em nossos genes (e vice-versa) – que faça a diferença. Os cientistas acreditam que cozinhar e dominar o fogo podem ter nos ajudado a desenvolver cérebros maiores. Mas é possível que nossa capacidade de cooperação e troca de habilidades seja o que realmente faz da Terra um planeta de humanos, e não de macacos.

5. O que é a consciência?

Ainda não temos realmente certeza. Sabemos que tem a ver com diferentes regiões do cérebro ligadas em rede, mais que uma única parte do cérebro. Há uma teoria de que se descobrirmos que partes do cérebro estão envolvidas e como funciona o circuito neural, descobriremos como surge a consciência, algo em que a inteligência artificial e tentativas de construir um cérebro neurônio por neurônio poderão ajudar. A questão mais difícil e mais filosófica é por que alguma coisa deve ser consciente. Uma boa sugestão é que, ao integrar e processar muita informação, além de focalizar e bloquear, em vez de reagir aos estímulos sensoriais que nos bombardeiam, podemos distinguir entre o que é real e o que não é e imaginar diversos cenários futuros que nos ajudem a adaptar-nos e a sobreviver.

6. Por que sonhamos?

Passamos cerca de um terço de nossas vidas dormindo. Considerando quanto tempo passamos fazendo isso, você poderia pensar que sabemos tudo a respeito. Mas os cientistas ainda buscam uma explicação completa de por que dormimos e sonhamos. Seguidores das opiniões de Sigmund Freud acreditavam que os sonhos são expressões de desejos não realizados – muitas vezes sexuais –, enquanto outros se perguntam se os sonhos são alguma coisa além de disparos aleatórios do cérebro adormecido. Estudos com animais e os progressos em imagens do cérebro nos levaram a uma compreensão mais complexa, que sugere que sonhar pode ter um papel na memória, no aprendizado e nas emoções. Os ratos, por exemplo, repetem em sonhos suas experiências da vigília, o que aparentemente os ajuda a solucionar tarefas complexas como percorrer labirintos.

7. Por que existe matéria?

Na verdade você não deveria estar aqui. A "matéria" de que você é feito tem uma contrapartida chamada antimatéria, que só difere em carga elétrica. Quando elas se encontram, ambas desaparecem em uma fagulha de energia. Nossas melhores teorias sugerem que o Big Bang criou quantidades iguais das duas, o que significa que toda matéria, desde então, deve ter encontrado sua antimatéria, as duas destruindo-se e deixando o universo inundado apenas de energia. Claramente, a natureza tem uma tendência sutil para a matéria, ou você não existiria. Os pesquisadores estão peneirando dados de experiências como o Grande Colisor de Hadrons, tentando compreender por quê, sendo a supersimetria e os neutrinos os dois principais candidatos.

8. Existem outros universos?

Nosso universo é um lugar muito improvável. Modifique algumas de suas características, mesmo ligeiramente, e a vida como a conhecemos torna-se impossível. Em uma tentativa de desvendar esse problema de "sintonia fina", os físicos cada vez mais recorrem à noção de outros universos. Se existir um número infinito deles em um "multiverso", então cada combinação de características se desenvolveria em algum lugar e, é claro, você se encontraria no universo onde é capaz de existir. Pode parecer loucura, mas evidências da cosmologia e da física quântica apontam nessa direção.

9. Onde colocamos todo o carbono?

Nas últimas centenas de anos, temos enchido a atmosfera com dióxido de carbono – liberando-o ao queimar combustíveis fósseis que antes trancavam o carbono abaixo da superfície da Terra. Hoje temos de colocar todo esse carbono de volta ou nos arriscarmos às consequências de um aquecimento climático. Mas como podemos fazê-lo? Uma ideia é enterrá-lo em antigos campos de petróleo e gás. Outra é escondê-lo no fundo do mar. Mas não sabemos quanto tempo ele permanecerá lá, ou quais seriam os riscos. Enquanto isso, temos de proteger os estoques naturais e duradouros de carbono, como as florestas e a turfa, e começar a fazer energia de uma maneira que não produza ainda mais carbono.

10. Como conseguimos mais energia do sol?

A redução dos estoques de combustíveis fósseis significa que realmente precisamos de uma nova maneira de movimentar nosso planeta. Nossa estrela mais próxima oferece mais que uma solução possível. Já estamos controlando a energia do sol para produzir energia solar. Outra ideia é usar a energia da luz do sol para dividir a água em suas partes componentes: oxigênio e hidrogênio, que poderia fornecer um combustível limpo para os carros do futuro. Os cientistas também trabalham em uma solução energética que depende de recriar os processos que ocorrem no interior das próprias estrelas -- eles estão construindo uma máquina de fusão nuclear. A esperança é que essas soluções supram nossas necessidades energéticas.

11. O que há de tão estranho nos números primos?

O fato de que você pode comprar em segurança na internet se deve aos números primos – aqueles números que só podem ser divididos por si mesmos e por 1. A criptografia de chave pública – o coração do comércio na internet – usa números primos para criar códigos capazes de isolar a informação delicada de olhares curiosos. No entanto, apesar de sua importância fundamental em nossa vida cotidiana, os primos continuam sendo um enigma. Um aparente padrão deles – a hipótese de Riemann – intriga algumas das mentes mais brilhantes da matemática há séculos. No entanto, até hoje ninguém foi capaz de domar sua originalidade. Fazê-lo poderia simplesmente destruir a internet.

12. Como derrotar as bactérias?

Os antibióticos são um dos milagres da medicina moderna. A descoberta de sir Alexander Fleming, que ganhou o Prêmio Nobel, levou a remédios que combateram algumas das doenças mais mortíferas e tornou possíveis a cirurgia, os transplantes e a quimioterapia. Mas esse legado está em perigo – na Europa, cerca de 25 mil pessoas morrem por ano de bactérias resistentes a diversas drogas. Nossa produção de medicamentos vem falhando há décadas e estamos agravando o problema por meio da prescrição excessiva e do mau uso de antibióticos – estima-se que 80% dos antibióticos nos Estados Unidos vão para reforçar a pecuária. Felizmente, o sequenciamento do DNA está nos ajudando a descobrir antibióticos que não sabíamos que as bactérias poderiam produzir. Juntamente com métodos inovadores, embora pareçam estranhos, como o transplante de bactérias "boas" da matéria fecal e a busca por novas bactérias no fundo dos oceanos, podemos continuar firmes nessa corrida com organismos que surgiram 3 bilhões de anos antes de nós.

13. Os computadores podem continuar se acelerando?

Nossos tablets e smartphones são minicomputadores que contêm mais poder de computação do que os astronautas levaram para a lua em 1969. Mas, se quisermos continuar aumentando o poder de computação que carregamos em nossos bolsos, como vamos fazê-lo? Existe um número limitado de componentes que podem ser comprimidos em um chip. O limite já foi alcançado, ou existe outra maneira de fazer um computador? Os cientistas estão considerando novos materiais, como carbono atomicamente fino – o grafeno –, assim como novos sistemas, como a computação quântica.

14. Encontraremos a cura para o câncer?

A resposta curta é não. Não uma única doença, mas um agrupamento de centenas de doenças, o câncer existe desde os dinossauros e, sendo causado por genes descontrolados, o risco está embutido em todos nós. Quanto mais tempo vivermos, maior a probabilidade de que algo dê errado, de diversas maneiras. Pois o câncer é uma coisa viva – em constante evolução para sobreviver. Embora seja incrivelmente complexo, por meio da genética estamos aprendendo cada vez mais o que o causa e como ele se dissemina, e aperfeiçoando seu tratamento e prevenção. E saiba disto: até a metade de todos os cânceres – 3,7 milhões por ano – pode ser evitada; pare de fumar e beber e coma moderadamente, mantenha-se ativo e evite a exposição prolongada ao sol do meio-dia.

15. Quando poderei ter um mordomo robô?

Os robôs já podem servir bebidas e carregar malas. A robótica moderna pode nos oferecer uma "equipe" de robôs individualmente especializados: eles leem suas encomendas na Amazon, ordenham suas vacas, separam seu correio eletrônico e o transportam entre terminais no aeroporto. Mas o robô realmente "inteligente" exige que desvendemos a inteligência artificial. A verdadeira questão é se você deixaria um mordomo robótico sozinho em casa com sua avó. Como o Japão pretende ter cuidadores robóticos para seus idosos até 2025, hoje pensamos seriamente nisso.

16. O que há no fundo do oceano?

Noventa e cinco por cento do oceano ainda não foram explorados. O que existe lá embaixo? Em 1960, Don Walsh e Jacques Piccard desceram 11 quilômetros, até a parte mais profunda do oceano, em busca de respostas. Sua viagem ampliou os limites da aventura humana, mas lhes deu apenas um vislumbre da vida no leito marinho. É tão difícil chegar ao fundo do oceano que geralmente temos de recorrer a veículos não tripulados como batedores. As descobertas que fizemos até agora – desde peixes bizarros como o "olho de barril", com sua cabeça transparente, até um potencial tratamento para Alzheimer feito de crustáceos – são uma pequena fração do estranho mundo que se esconde sob as ondas.

17. O que há no fundo de um buraco negro?

É uma pergunta que ainda não temos ferramentas para responder. A teoria da relatividade geral de Einstein diz que quando um buraco negro é criado por uma estrela enorme que morre, ele continua escavando para dentro até formar um ponto infinitamente pequeno e denso, chamado singularidade. Mas nessas escalas a física quântica provavelmente também tem algo a dizer. O problema é que a relatividade geral e a física quântica nunca foram grandes amigas – há décadas elas resistem a todas as tentativas de unificação. No entanto, uma ideia recente – chamada Teoria-M – poderá um dia explicar o centro invisível de uma das criações mais radicais do universo.

18. Podemos viver para sempre?

Vivemos em uma época incrível: estamos começando a pensar no "envelhecimento" não como um fato da vida, mas uma doença que pode ser tratada e possivelmente evitada, ou pelo menos adiada por muito tempo. Nosso conhecimento do que nos faz envelhecer – e o que permite que alguns animais vivam mais que outros – se expande rapidamente. Apesar de não termos exatamente elucidado todos os detalhes, as pistas que obtemos sobre danos ao DNA, o equilíbrio de envelhecimento, metabolismo e capacidade reprodutiva, mais os genes que regulam isso, estão preenchendo uma imagem maior, e potencialmente levarão a tratamentos medicinais. Mas a verdadeira pergunta não é como vamos viver mais, e sim como vamos viver bem por mais tempo. Já que muitas doenças, como diabetes e câncer, são típicas da idade, tratar o envelhecimento em si poderá ser a chave.

19. Como solucionar o problema da população?

O número de pessoas em nosso planeta duplicou para mais de 7 bilhões desde a década de 1960, e calcula-se que até 2050 haverá pelo menos 9 bilhões de seres humanos. Onde todos nós vamos viver e como vamos produzir alimentos e combustíveis suficientes para essa população? Talvez possamos enviar todo mundo para Marte, ou começar a construir prédios de apartamentos subterrâneos. Poderíamos até começar a nos alimentar com carne criada em laboratório. Podem parecer soluções de ficção científica, mas talvez devamos começar a levá-las mais a sério.

20. É possível viajar no tempo?

Viajantes no tempo já caminham entre nós. Graças à teoria da relatividade especial de Einstein, os astronautas que estão em órbita na Estação Espacial Internacional experimentam o passar do tempo mais lentamente. Naquela velocidade o efeito é minúsculo, mas aumentando a velocidade o efeito significa que um dia os humanos poderão viajar milhares de anos no futuro. A natureza parece apreciar menos as pessoas que vão no outro sentido e voltam ao passado, mas alguns físicos inventaram um projeto elaborado de fazer isso usando buracos de minhoca (ou pontes de Einstein-Rosen) e naves espaciais. Isso poderia ser usado até para dar a si mesmo um presente de Natal ou responder algumas das muitas perguntas que cercam as grandes incógnitas do universo.