O Paradoxo de Fermi: onde é que estão as outras Terras?

Por: Tim Urban

Quando você está em algum lugar propício para admirar as estrelas, e se a noite estiver especialmente boa para vê-las, é incrível olhar para cima e se deparar com algo semelhante à imagem acima.

Algumas pessoas ficam impressionadas pela beleza do céu, ou se deslumbram com a vastidão do universo. No meu caso, eu passo por uma leve crise existencial, e depois ajo bem estranhamente por meia hora. Cada um reage de um jeito diferente.

O físico Enrico Fermi também reagia diferente, e se perguntou: “cadê todo mundo?”

Os números

Um céu estrelado parece imenso, mas tudo o que estamos vendo é a nossa vizinhança. Nas melhores noites estreladas, nós podemos ver até 2.500 estrelas (mais ou menos um centésimo de milionésimo do total de estrelas em nossa galáxia). Quase todas estão a menos de mil anos-luz de nós (ou 1% do diâmetro da Via Láctea). Então, na verdade estamos olhando para isto:

Nosso céu noturno é formado por uma pequena parte das estrelas próximas e mais brilhantes dentro do círculo vermelho.

Quando somos confrontados com o assunto de estrelas e galáxias, uma questão que atormenta a maior parte dos humanos é: “há vida inteligente lá fora?” Vamos colocar alguns números nessa questão; se você não gosta de números, pode ler só o negrito.

Nossa galáxia tem entre 100 bilhões e 400 bilhões de estrelas; no entanto, este é quase o mesmo número de galáxias no universo observável. Então, para cada estrela da imensa Via Láctea, há uma galáxia inteira lá fora. No total, existem entre 10^22 e 10^24 estrelas no universo. Isso significa que para cada grão de areia na Terra, há 10.000 estrelas no universo.

O mundo da ciência não está em total acordo sobre qual porcentagem dessas estrelas são parecidas com o Sol (similares em tamanho, temperatura e luminosidade). As opiniões tipicamente vão de 5% a 20%. Indo pela mais conservadora (5%) e o número mais baixo na estimativa total de estrelas (10^22), isso nos dá 500 quintilhões, ou 500 bilhões de bilhões de estrelas similares ao Sol.

Também há um debate sobre qual porcentagem dessas estrelas similares ao Sol poderiam ser orbitadas por planetas similares a Terra (com condições parecidas de temperatura, que poderiam ter água líquida e que poderia sustentar vida similar à da Terra). Alguns dizem que é até 50%, mas vamos ficar com os conservadores 22% que apareceram em um recente estudo no PNAS. Isso sugere que há um planeta similar à Terra, potencialmente habitável, orbitando pelo menos 1% do total de estrelas do universo: um total de 100 bilhões de bilhões de planetas similares à Terra.

Então existem 100 planetas parecidos com a Terra para cada grão de areia do mundo. Pense nisso na próxima vez que for à praia.

Daqui para a frente, nós não temos outra escolha senão sermos especulativos. Vamos imaginar que, depois de bilhões de anos de existência, 1% dos planetas parecidos com a Terra tenham desenvolvido vida (se isso for verdade, cada grão de areia representaria um planeta com vida). E imagine que em 1% desses planetas avance até o nível da vida inteligente, como aconteceu na Terra. Isso significaria que teríamos 10 quatrilhões, ou 10 milhões de bilhões de civilizações inteligentes no universo observável.

Voltando para a nossa galáxia e fazendo as mesmas contas usando a estimativa mais baixa de estrelas na Via Láctea, estimamos que existem 1 bilhão de planetas similares à Terra, e 100 mil civilizações inteligentes na nossa galáxia. (A Equação de Drake traz um método formal para esse processo limitado que estamos fazendo).

A SETI (Busca por Inteligência Extraterrestre, na sigla em inglês) é uma organização dedicada a ouvir sinais de outras vidas inteligentes. Se nós estivermos certos e houver 100 mil ou mais civilizações inteligentes na nossa galáxia, uma fração delas estaria emitindo ondas de rádio, ou raios laser, ou qualquer coisa para realizar contato. Então os satélites da SETI deveria estar recebendo sinais de todo tipo, certo?

Mas não está. Nunca recebeu.

Cadê todo mundo?

Tipos de civilização

E tudo fica mais estranho. Nosso Sol é relativamente jovem em relação ao universo. Há estrelas muito mais velhas, com planetas muito mais velhos e semelhantes à Terra, o que em teoria representaria civilizações muito mais avançadas que a nossa. Por exemplo, vamos comparar nossa Terra de 4,54 bilhões de anos com um hipotético planeta X, com seus 8 bilhões de anos.

Se o planeta X tiver uma história similar a da Terra, vamos olhar para onde sua civilização estaria hoje:

Hoje, o Planeta X estaria a 3,46 bilhões de anos de desenvolvimento além do que temos hoje.

A tecnologia e o conhecimento de uma civilização mil anos à nossa frente poderia ser tão chocante quanto nosso mundo seria para uma pessoa medieval. Uma civilização um milhão de anos à frente poderia ser tão incompreensível para nós quanto a cultura humana é para chimpanzés. E o planeta X está a 3.4 bilhões de anos à frente de nós…

Existe algo chamado de Escala Kardashev, que nos ajuda a agrupar civilizações inteligentes em três grandes categorias, de acordo com a quantidade de energia que usam:

• uma Civilização Tipo I tem a habilidade de usar toda a energia de seu planeta. Nós não somos exatamente uma Civilização Tipo I, mas estamos perto (Carl Sagan criou uma fórmula para essa escala que nos coloca como uma Civilização Tipo 0,7);
• uma Civilização Tipo II pode colher toda a energia de seu sistema solar. Nosso débil cérebro Tipo I mal consegue imaginar como alguém faria isso, mas nós tentamos nosso melhor, imaginando coisas como a Esfera de Dyson.
• uma Civilização Tipo III ultrapassa fácil as outras duas, acessando poder comparável ao da Via Láctea inteira.

Se esse nível de avanço parece difícil de acreditar, lembre-se do planeta X e de seus 3,4 bilhões de anos de desenvolvimento além do nosso (cerca de meio milhão de vezes mais do que o tempo que a raça humana existe). Se uma civilização no planeta X for similar à nossa e foi capaz de sobreviver até chegar no Tipo III, é natural pensar que a essa altura eles provavelmente já dominaram a viagem interestelar, possivelmente até mesmo colonizando a galáxia inteira.

Como essa colonização galáctica teria acontecido? Uma hipótese: cria-se um maquinário que pode viajar para outros planetas, passam-se uns 500 anos se auto-replicando usando os materiais que encontrarem no novo planeta, e então enviam-se duas réplicas para fazerem a mesma coisa.

Mesmo sem alcançar nada perto da velocidade da luz, esse processo colonizaria a galáxia inteira em 3,75 milhões de anos, relativamente um piscar de olhos quando estamos falando de uma escala de bilhões de anos:

Nesta evolução exponencial, a galáxia estaria completamente colonizada em 3,75 milhões de anos. Fonte: J. Schombert, U. Oregon

Continuando a especular, se 1% da vida inteligente sobreviver tempo suficiente para se tornar uma colonizadora de galáxias Civilização Tipo III em potencial, nossos cálculos acima sugerem que haveriam mil Civilizações Tipo III só em nossa galáxia. Dado o poder de tal civilização, sua presença provavelmente seria fácil de se notar. E, ainda assim, nós não vemos nada, não ouvimos nada e não fomos visitados por ninguém.

Então cadê todo mundo?

Sejam bem-vindos ao Paradoxo de Fermi.

Ainda não há uma resposta para o Paradoxo de Fermi. O melhor que podemos fazer é conseguir “explicações possíveis”. E se você perguntar a dez cientistas diferentes qual o palpite deles sobre a explicação correta, você terá dez respostas diferentes. Sabe quando humanos de antigamente discutiam se a Terra era redonda, ou se o Sol girava em torno da Terra, ou achavam que os raios aconteciam por causa de Zeus? Por isso, hoje eles parecem primitivos e ignorantes; no entanto, esse é mais ou menos o ponto em que estamos neste assunto.

Ao analisar as hipóteses mais discutidas sobre o Paradoxo de Fermi, vamos dividi-las em duas grandes categorias: as explicações que supõem que não há sinal de Civilizações Tipo II e III porque elas não existem; e as explicações que sugerem que elas estão lá, só que não estamos vendo ou ouvindo nada por outros motivos.

Grupo 1 de Explicações: não há sinais de civilizações superiores (Tipos II e III) porque elas não existem.

Aqueles que acreditam em explicações do Grupo 1 recusam qualquer teoria do tipo “existem civilizações maiores, mas nenhuma delas fez qualquer tipo de contato conosco porque todas _____”. O pessoal do Grupo 1 vê os números, entende que deveria haver milhares (ou milhões) de civilizações superiores, e intui que pelo menos uma delas deveria ser a exceção à regra. Mesmo se uma teoria abarcasse 99,99% das civilizações superiores, o 0,001% restante se comportaria de alguma outra forma e nós perceberíamos sua existência.

Por isso, dizem as explicações do Grupo 1, não entramos em contato com civilizações superavançadas porque porque não existem. Como a matemática sugere que existem milhares delas só na nossa galáxia, alguma outra coisa deve estar acontecendo.

Essa “outra coisa” é o Grande Filtro.

A teoria do Grande Filtro diz que, em algum ponto entre o início da vida e a inteligência Tipo III, há uma barreira. Há algum estágio naquele longo processo evolucionário que é improvável ou impossível de ser atravessado pela vida. Esse estágio é chamado de O Grande Filtro.

As linhas amarelas mostram saltos evolucionários comuns de serem alcançados. A linha vermelha é o Grande Filtro. A linha verde representa uma espécie que, passando por eventos extraordinários, consegue ultrapassar o Grande Filtro.

Se essa teoria for real, a grande questão é: quando acontece o Grande Filtro na linha do tempo?

Acontece que, quando o assunto é o destino da humanidade, essa questão é muito importante. Dependendo de quando O Grande Filtro ocorre, sobram para nós três possíveis realidades: nós somos raros; nós somos os primeiros; ou nós estamos ferrados.

1. Nós somos raros (já passamos do Grande Filtro)

Uma esperança é que já tenhamos passado do Grande Filtro. Nós conseguimos atravessá-lo, portanto é extremamente raro que a vida alcance nosso nível de inteligência. O diagrama abaixo mostra apenas duas espécies passando por ele; nós somos uma delas.

Esse cenário explicaria por que não existem Civilizações Tipo III… mas isso também poderia significar que nós podemos ser uma das exceções, já que chegamos até aqui. Isso significaria que há esperança para nós. Superficialmente, isso parece com as pessoas de meio século atrás, sugerindo que a Terra é o centro do universo. Sugere que nós somos especiais.

Mas se nós somos especiais, quando exatamente nos tornamos especiais? Isto é, qual passo nós superamos, apesar de quase todo mundo ficar preso nele?

Uma possibilidade: o Grande Filtro pode estar no comecinho de tudo; pode ser incrivelmente raro que a vida comece. Esse é um candidato porque demorou um bilhão de anos para a vida na Terra finalmente acontecer, e porque nós tentamos exaustivamente replicar esse evento em laboratórios e jamais conseguimos. Se este é mesmo o Grande Filtro, isso significaria que não deve existir vida inteligente lá fora – pode simplesmente não haver vida.

Outra possibilidade: o Grande Filtro pode ser o salto de células procariontes simples para células eucariontes complexas. Após o surgimento das procariontes, elas permaneceram dessa forma por quase dois milhões de anos antes de darem o salto evolucionário para se tornarem complexas e ganharem um núcleo. Se esse é o Grande Filtro, isso significaria que o universo está repleto de células procariontes simples e quase nada além disso.

Há outras possibilidades. Alguns acham até que nosso salto evolucionário mais recente, alcançando nossa inteligência atual, é um candidato a Grande Filtro. Ainda que o salto de vida semi-inteligente (chimpanzés) até a vida inteligente (humanos) a princípio não pareça um passo miraculoso, Steven Pinker rejeita a ideia de que a “escalada ascendente” da evolução seja inevitável:

Uma vez que a evolução apenas acontece, sem ter um objetivo, ela usa a adaptação mais útil para um certo nicho ecológico. O fato que, na Terra, até hoje isso levou a inteligência tecnológica apenas uma vez, pode sugerir que essa consequência da seleção natural é rara e, consequentemente, não é um desenvolvimento infalível da evolução de uma árvore da vida.

A maioria dos saltos não se qualifica como candidatos a Grande Filtro. Qualquer Grande Filtro possível deve ser algo que só acontece uma vez em um bilhão, onde uma ou mais anomalias devem ocorrer para proporcionar uma enorme exceção.

Por esse motivo, algo como pular de uma vida unicelular para uma multicelular está fora de questão como filtro, porque isso aconteceu pelo menos 46 vezes em incidentes isolados, só no nosso planeta. Pela mesma razão, se nós encontrarmos uma célula eucarionte fossilizada em Marte, ela iria tirar o salto “de-célula-simples-para-complexa” da lista de possíveis Grandes Filtros (assim como qualquer outra coisa que esteja antes desse ponto na cadeia evolucionária). Se isso aconteceu tanto na Terra quanto em Marte, claramente não é uma anomalia.

Se nós formos mesmo raros, isso pode ser por causa de um acidente biológico, mas isso também pode ser atribuído ao que se chama de Hipótese da Terra Rara. Ela sugere que, ainda que existam muitos planetas similares a Terra, as condições particulares do nosso planeta o tornam tão conveniente à vida — sejam as relacionadas a seu sistema solar, seu relacionamento com a Lua (uma lua tão grande é incomum para um planeta tão pequeno, contribuindo para as condições peculiares de nosso clima e nosso oceano), ou algo sobre o planeta em si.

2. Nós somos os primeiros

A civilização humana é representada pela linha laranja.

Para pensadores do Grupo 1, se já não tivermos passado pelo Grande Filtro, nossa única esperança é que, do Big Bang até hoje, as condições no universo estão alcançando um nível que permita o desenvolvimento de vida inteligente. Nesse caso, nós podemos estar a caminho da super inteligência, mas isso ainda não aconteceu. Por acaso, nós estaríamos na hora certa para nos tornarmos uma das primeiras civilizações super inteligentes.

Um exemplo de um fenômeno que poderia tornar isso realístico é o predomínio de explosões de raios gama, detonações absurdamente imensas que observamos em galáxias distantes. Levou algumas centenas de milhões de anos para que os asteróides e vulcões se acalmassem e a vida se tornasse possível.

Da mesma forma, pode ser que o começo das existências no universo esteja cheio de eventos cataclísmicos, como explosões de raios gama que incinerariam tudo à sua volta de tempos em tempos, evitando que qualquer vida se desenvolva a partir de um certo estágio. Talvez estejamos agora no meio de uma fase de transição astrobiológica, e essa seja a primeira vez que qualquer vida tenha sido capaz de se desenvolver ininterruptamente por tanto tempo.

3. Nós estamos ferrados (o Grande Filtro está chegando)

O Grande Filtro é representado pela linha vermelha.

Se nós não somos nem raros nem pioneiros, os pensadores do Grupo 1 concluem que O Grande Filtro deve estar no nosso futuro. Isso implicaria que a vida frequentemente evolui até onde estamos, mas alguma coisa impede, em quase todos os casos, que a vida vá muito adiante e alcance a inteligência avançada — e dificilmente nós seremos uma exceção.

Um possível Grande Filtro seria algum evento cataclísmico que ocorra regularmente, como as já mencionadas explosões de raio gama. Só que ela ainda não teria ocorrido e, infelizmente, é uma questão de tempo até que ela acabe com toda a vida na Terra. Outra candidata é a destruição possivelmente inevitável que quase todas as civilizações inteligentes acabariam trazendo para si mesmas, uma vez atingido certo nível de tecnologia.

É por isso que o filósofo Nock Bostrom, da Universidade de Oxford, diz que “boa novidade é não haver novidade“. Se descobrirem vida em Marte, mesmo que simples, isso seria devastador, porque eliminaria diversos potenciais Grandes Filtros no passado. E se encontrarmos fósseis de vida complexa em Marte, Bostrom diz que “seria a pior notícia já impressa em uma primeira página de jornal”, porque significaria que o Grande Filtro está quase que definitivamente à nossa frente, condenando toda nossa espécie de uma vez. Bostrom acredita que, quando se trata do Paradoxo de Fermi, “o silêncio do céu noturno é ouro”.

Grupo 2 de Explicações: civilizações inteligentes dos Tipos I e II existem, mas há razões lógicas para que não tenhamos ouvido falar delas.

As explicações do Grupo 2 abandonam qualquer ideia de que nós somos raros, especiais ou qualquer coisa parecida. Pelo contrário, elas acreditam no Princípio da Mediocridade: ou seja, até que se prove o contrário, não há nada de especial ou incomum em nossa galáxia, sistema solar, planeta ou nível de inteligência. Além disso, elas são mais cautelosas antes de assumir que, se não há evidências de uma inteligência superior, ela não existe. Elas enfatizam o fato de nossas buscas por sinais só alcançarem mais ou menos até 100 anos-luz de nós (0,1% da galáxia) e só terem ocorrido há menos de uma década, o que é pouquíssimo tempo.

Pensadores do Grupo 2 têm uma ampla gama de possíveis explicações para o Paradoxo de Fermi. A seguir, eis as nove mais discutidas:

Possibilidade 1: a vida superinteligente pode ter visitado a Terra antes de estarmos aqui. Humanos sencientes só estão por aí há uns 50 mil anos, um piscar de olhos se comparado à existência do universo. Se o contato ocorreu antes disso, deve ter assustado alguns patos e só. Além disso, nossa história documentada só vai até uns 5.500 anos atrás. Por isso, talvez tribos humanas de caçadores-coletores pode ter passado por algumas experiências loucas com aliens, mas não tinham como contá-las para as pessoas do futuro.

Possibilidade 2: a galáxia foi colonizada, mas nós moramos em uma área despovoada. As Américas podem ter sido colonizadas pelos europeus muito antes de qualquer um daquela pequena tribo Inuit ao norte do Canadá ter percebido o ocorrido. Pode haver um elemento de urbanização nas moradias estelares das espécies mais avançadas: todos os sistemas solares de uma certa área são colonizados e estão em comunicação, mas seria pouco prático e inútil pra qualquer um deles vir até o canto distante e aleatório em que vivemos.

Possibilidade 3: todo o conceito de colonização física é comicamente atrasado para uma espécie mais avançada. Uma Civilização Tipo II consegue usar toda a energia de sua estrela. Com toda essa energia, eles podem ter criado um ambiente perfeito para eles, satisfazendo todas as suas necessidades. Eles podem ter meios hiperavançados de reduzir a necessidade de recursos, e interesse zero em deixar sua utopia feliz para explorar um universo frio, vazio e pouco desenvolvido.

Uma civilização ainda mais avançada poderia ver todo o mundo físico como um lugar horrivelmente primitivo, tendo há muito dominado sua própria biologia e feito upload de seus cérebros para uma realidade virtual, um paraíso da vida eterna. Viver em um mundo físico de biologia, morte, desejos e necessidades pode soar para eles da mesma forma como nos soam as espécies primitivas vivendo no oceano escuro e gelado.

Possibilidade 4: há civilizações predatórias e assustadoras lá fora, e as formas de vida mais inteligentes sabem que não devem transmitir sinais e divulgar sua localização. Essa é uma ideia desagradável, mas que ajudaria explicar a falta de sinais recebidos pelos satélites SETI. Ela também significaria que, ao transmitir nossos sinais lá pra fora, estamos sendo novatos inocentes e descuidados. Há um debate envolvendo METI (Mensagem às Inteligências Extraterrestes na sigla em inglês; o inverso de SETI, que só escuta). Basicamente, deveríamos mesmo enviar mensagens para o universo? A maioria das pessoas diz que não.

Stephen Hawking adverte: “se aliens nos visitarem, o resultado pode ser parecido com a chegada de Colombo nas Américas, que não terminou bem para os nativos”. Mesmo Carl Sagan, que geralmente acredita que qualquer civilização avançada o bastante para viagens interestelares seria altruísta, não hostil, diz que a prática de METI é “profundamente imprudente e imatura“, e recomendou que “as crianças mais novas de um cosmo estranho e incerto deveriam ouvir em silêncio por um longo tempo, aprendendo pacientemente e tomando notas sobre o universo, antes de gritar para uma selva desconhecida que não conseguimos compreender”. Assustador.

Possibilidade 5: existe apenas uma única inteligência superior, uma civilização “superpredadora” (mais ou menos como os humanos aqui na Terra) que é muito mais avançada que todas as outras e mantém as coisas assim, exterminando qualquer civilização que ultrapasse um certo nível de inteligência. Isso seria um saco. Poderia funcionar se o extermínio de todas as inteligências emergentes fosse um desperdício de recursos, já que a maioria se mata sozinha. Mas, ultrapassado um certo ponto, esses super seres agiriam porque, para eles, uma espécie inteligente emergente se tornaria um vírus, conforme começasse a crescer e se expandir. Essa teoria sugere que a vitória é de quem foi o primeiro a alcançar a inteligência superior. Ninguém mais tem chance. Isso explicaria a falta de atividade lá fora, porque o número de civilizações superinteligentes seria 1.

Possibilidade 6: há muito barulho e atividade lá fora, mas nossas tecnologias são muito primitivas e nós estamos procurando pelas coisas erradas. É como entrar em um prédio de escritórios, ligar um walkie-talkie (que ninguém mais usa) e, ao não ouvir nada, concluir que o prédio está vazio. Ou talvez, como apontou Carl Sagan, pode ser que nossas mentes trabalhem exponencialmente mais rápido ou mais lentamente do que a de qualquer outra forma de vida lá fora. Ou seja, eles levam 12 anos pra dizer “oi” e, quando nós ouvimos essa comunicação, isso parece apenas ruído.

Possibilidade 7: civilizações mais avançadas sabem sobre nós e estão nos observando, mas se ocultam de nós (a “Hipótese do Zoológico”). Até onde sabemos, civilizações super inteligentes existem em uma galáxia controlada rigidamente, e nossa Terra é tratada como parte de um safári amplo e protegido, e planetas como o nosso estão sob uma estrita regra de “olhe, mas não toque”. Nós não estamos cientes deles porque, se uma espécie muito mais inteligente quisesse nos observar, ela saberia como fazer isso sem nos deixar saber. Talvez haja uma regra similar à “Primeira Diretriz” de Jornada nas Estrelas, que proíbe seres super inteligentes de fazerem qualquer contato aberto com espécies inferiores como a nossa, ou de se revelarem de qualquer forma, até que a espécie inferior alcance um certo nível de inteligência.

Possibilidade 8: civilizações superiores existem à nossa volta, mas somos primitivos demais para percebê-las. Michio Kaku resumiu isso assim:

Digamos que há um formigueiro no meio da floresta. Ao lado do formigueiro, estão construindo uma super autoestrada de dez faixas. E a questão é, “as formigas seriam capazes de entender o que é uma super autoestrada de dez faixas? Elas seriam capazes de entender a tecnologia e as intenções dos seres construindo a autoestrada a seu lado?”

Então não é que, usando nossa tecnologia, não sejamos capazes de receber os sinais do planeta X. É que nós não conseguimos sequer entender o que são os seres do planeta X, ou o que eles estão tentando fazer. É tão além de nós que mesmo se eles quisessem nos esclarecer, seria como tentar ensinar às formigas sobre a internet.

Seguindo essa linha, essa pode ser uma resposta para “se existem tantas exuberantes Civilizações Tipo III, por que ainda não entraram em contato conosco?”. Para responder isso, vamos nos perguntar: quando Pizarro chegou ao Peru, ele parou um tempo em um formigueiro e tentou se comunicar com ele? Ele foi magnânimo, tentando ajudar as formigas? Ele foi hostil e atrasou sua missão original só para esmagar e destruir o formigueiro? Ou, para Pizarro, o formigueiro era completa e absoluta e eternamente irrelevante? Essa pode ser a nossa situação nesse caso.

Possibilidade 9: nós estamos completamente enganados sobre nossa realidade. Há muitas maneiras pelas quais nós podemos estar totalmente iludidos em tudo que pensamos. O universo pode parecer ser de um jeito e ser de outro completamente diferente, como um holograma. Ou talvez nós sejamos os alienígenas e fomos plantados aqui como um experimento. Há até mesmo a chance de que sejamos parte de uma simulação de computador de algum pesquisador de outro mundo, e outras formas de vida simplesmente não foram programadas na simulação.

Conclusão

Conforme continuamos em nossa possivelmente inútil busca por inteligência extraterrestre, eu não tenho certeza o que queremos encontrar. Francamente, tanto faz saber se estamos oficialmente sozinhos no universo ou se estamos oficialmente na companhia de outros, ambas são opções assustadoras. É um tema recorrente em todos os enredos surreais acima: qualquer que seja a verdade, ela é de enlouquecer.

Além de seu chocante ingrediente de ficção científica, o Paradoxo de Fermi também me deixa profundamente humilde. Não só lembra que sou microscópico e minha existência dura uns três segundos, algo que me vem à cabeça sempre que penso sobre o universo. O Paradoxo de Fermi traz à tona uma humildade mais mordaz, mais pessoal, do tipo que só acontece depois de passar horas de pesquisa ouvindo os mais renomados cientistas de nossa espécie apresentando as teorias mais insanas, mudando de ideia e contradizendo um ao outro freneticamente. Ele nos faz lembrar que as futuras gerações olharão para nós da mesma forma que nós olhamos para os antigos, que tinham certeza que as estrelas estavam sob o domo do céu; no futuro, lembrarão de nós dizendo “uau, eles não tinham ideia nenhuma do que estava acontecendo”.

E ainda temos mais outro golpe à autoestima com todo esse assunto de Civilizações Tipos II e III. Aqui na Terra, nós somos os reis de nosso pequeno castelo, comandando os rumos do planeta mais do que qualquer outra espécie. Nessa bolha, sem competição e sem ninguém para nos julgar, é raro que sejamos confrontados com a ideia de sermos uma espécie inferior a qualquer outra. Mas não somos nem uma Civilização Tipo I!

Dito isso, toda essa discussão é maravilhosa para mim. Sim, tenho minha perspectiva de que a humanidade é uma órfã solitária em uma pequena rocha no meio de um universo solitário. Mas as hipóteses apontam que provavelmente não somos tão espertos como pensamos. Além disso, muito do que temos certeza pode estar errado. Tudo isso me deixa esperançoso em conhecer e descobrir mais, nem que seja um pouquinho, porque existem muito mais coisas do que nós temos consciência.

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Este artigo foi republicado com permissão do site WaitButWhy.com. Siga-os no Facebook e no Twitter, e assine a newsletter para receber os posts semanais às terças-feiras.

Foto inicial por Andreas Schönfeld

Aquecimento global antigo foi similar ao atual

Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/12/2014

Testemunhos de sondagem revelam o que aconteceu na Terra durante o Máximo Termal do Paleoceno-Eoceno.[Imagem: Bianca Maibauer/Universidade de Uath]

Notícias boas e ruins

A taxa de emissões de carbono que aqueceu o clima da Terra quase 56 milhões de anos atrás foi muito mais parecida com o aquecimento global verificado agora do que os cientistas calculavam.

Segundo Gabe Bowen e seus colegas da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, o aquecimento global do período Paleoceno-Eoceno envolveu dois “pulsos de carbono” lançados na atmosfera.

E os dois pulsos parecem ter acontecido por eventos “endógenos”, ou seja, de processos do próprio planeta, não envolvendo a queda de asteroides ou cometas.

As causas mais prováveis incluem o derretimento do gelo de metano aprisionado no fundo oceânico – os chamados clatratos – ou a liberação também de metano por um vulcanismo intenso.

Segundo a equipe, isto traz notícias boas e ruins. A boa notícia é que a Terra e a maioria das espécies vivas na época sobreviveu. A má notícia é que levou milênios para que a Terra voltasse ao nível climático anterior.

“Há uma observação positiva na medida que o mundo persistiu, ele não acabou em chamas, ele tem um mecanismo de autocorreção e voltou ao normal sozinho,” disse Bowen. “No entanto, neste caso levou quase 200 mil anos antes que as coisas voltassem ao normal.”

Clima diferente

Porém, Bowen ressalta que, naquela época, o clima global já era muito mais quente do que o atual – não havia, por exemplo, coberturas de gelo nos polos. “Assim, isso aconteceu em um campo de jogo diferente do que temos hoje,” afirmou.

Foi nesta época, por exemplo, que surgiu a maior parte dos mamíferos e que os oceanos adquiriram a acidez que apresentam hoje.

E as coisas parecem ter sido muito mais dramáticas: no chamado Máximo Termal do Paleoceno-Eoceno as temperaturas subiram entre 5 e 8 graus Celsius – atualmente os ambientalistas lutam para limitar o aquecimento global a 2º C.

Aquele aquecimento parece ter sido gerado por duas liberações de carbono, com durações de até 1.500 anos, o que, segundo a equipe, descarta explicações anteriores do impacto de um asteroide ou cometa para justificar o evento.

Regulação natural e intromissão não natural

A equipe chegou a estas conclusões monitorando o registro geológico deixado em nódulos sedimentares de calcário e rochas carbonáticas no estado de Wyoming, nos EUA. Agora os dados precisarão ser confirmados mediante a análise de amostras de mesma idade recolhidas em outras partes do mundo.

Mas a capacidade de recuperação natural do planeta em uma época de mudanças muito mais dramáticas acentua o risco das manipulações climáticas defendidas pela geoengenharia – estudos apontam que essas manipulações podem transformar o aquecimento global em seca global e que, no final das contas, a geoengenharia pode amplificar os efeitos do aquecimento global.

• Aquecimento global só voltará em 15 ou 20 anos, dizem cientistas

Bibliografia:
Two massive, rapid releases of carbon during the onset of the Palaeocene-Eocene thermal maximum
Gabriel J. Bowen, Bianca J. Maibauer, Mary J. Kraus, Ursula Röhl, Thomas Westerhold, Amy Steimke, Philip D. Gingerich, Scott L. Wing, William C. Clyde
Nature Geoscience
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/ngeo2316

Pentagrafeno: Descoberta nova variante do carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica – 06/02/2015

A simulação computacional garante que é possível sintetizar uma camada de átomos de carbono com estruturas de cinco lados. [Imagem: Virginia Commonwealth University]

Pentagrafeno

Uma equipe internacional acaba de descobrir uma variante estrutural do grafeno, batizada por eles de pentagrafeno.

Trata-se de uma folha monoatômica de carbono puro que apresenta uma estrutura pentagonal (5 lados) – o grafeno possui uma estrutura hexagonal (6 lados).

“As três últimas formas de carbono que foram descobertas foram os fulerenos, os nanotubos e o grafeno. O pentagrafeno vai pertencer a esta categoria,” avalia Puru Jena, da Universidade da Virgínia, nos Estados Unidos, que fez a descoberta em conjunto com colegas do Japão e da China.

A equipe simulou em computador a síntese do alótropo do carbono formado apenas por hexágonos. Os resultados sugerem que o material poderá rivalizar com o grafeno, sendo mecanicamente estável, muito forte e termicamente estável até cerca de 1.000º C.

Melhor que o grafeno

A grande vantagem da nova forma de carbono é que o pentagrafeno parece ser semicondutor, considerada a grande deficiência do grafeno para sua aplicação na eletrônica.

Para aplicações estruturais – fibras ultrafortes, por exemplo – o pentagrafeno parece ser melhor, já que, se for esticado, ele se expande nos dois planos, enquanto o grafeno expande-se na direção em que é puxado mas se contrai na perpendicular.

O próximo passo será sintetizar o pentagrafeno na prática e ver se ele realmente se comporta como nas simulações de computador.

“Uma vez que você o fabrique, ele será muito estável. Então a questão se torna, Como fazê-lo? Em nosso artigo nós damos algumas ideias. Neste momento o projeto é teórico, é baseado em modelagem computacional, mas nós acreditamos muito fortemente nessas previsões,” disse Shunhong Zhang, dono do momento eureca da síntese do pentagrafeno.

“E, uma vez que você o tenha fabricado, ele abrirá um ramo totalmente novo na ciência do carbono. Carbono bidimensional feito completamente de pentágonos era totalmente desconhecido até agora,” finalizou ele.

Bibliografia:
Penta-graphene: A new carbon allotrope
Shunhong Zhang, Jian Zhou, Qian Wang, Xiaoshuang Chen, Yoshiyuki Kawazoe, Puru Jena
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Early Edition
DOI: 10.1073/pnas.1416591112

Espaço: Função de onde, a matemática que virou realidade …

Espaço

Função de onda: A matemática que virou realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica – 13/02/2015

Procurando por uma realidade subjacente à função de onda – representada pela letra grega psi (Ψ).[Imagem: Martin Ringbauer/Benjamin Duffus]

Realidade objetiva

Em 2011, um trio de físicos publicou uma demonstração teórica que chocou não apenas seus colegas, mas também os filósofos da ciência.

Eles mostraram que a função de onda é uma entidade real, e não apenas uma ferramenta matemática.

A função de onda é uma descrição matemática de uma onda que descreve as partículas atômicas e subatômicas – lembre-se que as partículas nessa escala podem ser interpretadas como partículas ou como ondas.

Agora, uma equipe australiana fez um experimento que parece comprovar a realidade objetiva da função de onda, dando sustentação prática ao argumento teórico.

“Nossos resultados sugerem que, se existe uma realidade objetiva, a função de onda faz parte dessa realidade,” disse Martin Ringbauer, idealizador do experimento.

Isto tem inúmeras implicações não apenas para a física quântica, mas também para a própria interpretação da realidade.

E se vivermos em um Universo Holográfico e a realidade não for nada do que interpretamos que ela seja? [Imagem: Fermilab]

Interpretações da realidade

Há uma discussão entre os cientistas – uma discussão que já dura quase um século – sobre se existe uma descrição objetiva do mundo ou se a descrição que obtemos depende do observador.

Lembre-se, por exemplo, do gato de Schrodinger, que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo, até que alguém abra a caixa, olhe para ele e decida seu destino. Isso corresponde a medir uma partícula quântica (o gato) para conhecer suas propriedades (vivo ou morto), o que causa o colapso da função de onda – ela é resolvida – dando então “realidade objetiva” à situação da partícula (ou do gato). Por outro lado, o gato pode já estar ou vivo ou morto e apenas ficamos sabendo sua situação quando abrimos a caixa.

Aqueles que sentem necessidade de uma descrição objetiva do mundo, independente do observador, ficam com a segunda opção, o que significa que a função de onda é meramente uma ferramenta matemática que expressa nossa ignorância da realidade, e só sabemos seu valor quando medimos o fenômeno – Einstein, por exemplo, que preferia essa chamada “interpretação sistêmica”, disse uma vez: “Você realmente acredita que a lua só existe quando olhamos para ela?”

Mas a lua talvez não seja um bom exemplo, porque, quando usaram fótons – estes sim, corpos sujeitos às leis da mecânica quântica – os pesquisadores australianos demonstraram que a função de onda é uma entidade real.

Usando fótons em quatro estados diferentes, e submetendo-os a medições muito precisas, eles descartaram a visão mais popular entre os físicos de que a descrição do gato como morto e vivo é apenas devido a uma falta de conhecimento sobre o seu estado real. Em vez disso, é um fato objetivo que será decidido pela medição, pela ação do observador.

O experimento pode não capturar influências escondidas além do espaço-tempo. [Imagem: Timothy Yeo/CQT/National University of Singapore]

Outras realidades

Ringbauer afirma que o resultado do experimento pode explicar por que não podemos descrever estados quânticos com certeza total, o que é uma característica central da mecânica quântica – descrita pelo Teorema da Incerteza de Heisenberg.

Segundo a equipe, conforme as técnicas de medições forem sendo aprimoradas ainda mais, os físicos vão ficar com duas interpretações possíveis da função de onda: ou a função de onda é completamente real, ou nada é real, não existindo nada como uma “realidade objetiva”.

De acordo com o grupo, optar pela interpretação sistêmica levaria a coisas que eles consideram “estranhas” como múltiplos mundos influenciando-se mutuamente ou o futuro influenciando o passado.

Mas talvez não seja o caso de se assustar com essas possibilidades, porque outros experimentos de fato já questionaram o tradicional esquema de causa e efeito e não faltam propostas para descrever multiversos interagindo uns com os outros.

De fato, talvez seja cedo demais para tomar qualquer uma das interpretações como definitiva.

Por exemplo, recentemente um experimento lançou dúvidas sobre a influência do observador e a Incerteza de Heisenberg. O experimento foi feito usando uma nova técnica chamada “medição fraca“, que não altera o estado da partícula que está sendo medida. Contudo, logo depois, a própria técnica de medição fraca foi posta em dúvida, com outros físicos alegando que tudo o que ela faz pode ser replicado pela mecânica clássica e, portanto, a medição fraca não mediria efeito quântico nenhum.

Além disso, podem existir fenômenos subjacentes à “realidade” medida pelo novo experimento que o próprio experimento não é capaz de detectar – por exemplo, influências escondidas além do espaço-tempo.

• A natureza é decididamente imprevisível

Bibliografia:
Measurements on the reality of the wavefunction
Martin Ringbauer, Benjamin Duffus, Cyril Branciard, Eric G. Cavalcanti, Andrew G. White, Alessandro Fedrizzi
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys3233
http://arxiv.org/abs/1412.6213

Nasce a evolução biológica

 

Por Salvador Nogueira

02/02/15 05:59

Mais um dos mistérios que cercam a origem da vida parece ter sido decifrado por um quarteto de cientistas na Alemanha. Eles basicamente descobriram como a evolução pode ter recebido o pontapé inicial da natureza, sem nenhuma ajuda externa.

A vida pode ter começado aí, entre o oceano e a lava vulcânica. (Crédito: NOAA)

Talvez surpreenda, sobretudo para aqueles que se apegam a expressões “curinga” como “complexidade irredutível” para se esquivar do problema científico do surgimento da vida, o fato de a solução encontrada pelos pesquisadores — e testada em laboratório — ser de uma simplicidade franciscana.

Comece com microporos numa pedra aquecida, imersa em água. Nada diferente do que já se esperaria encontrar em rochas vulcânicas submersas nos oceanos da Terra, quatro bilhões de anos atrás. O único fator importante é que exista um gradiente de temperatura dentro do microporo — ou seja, que ele seja mais quente numa ponta e mais frio noutra. Algo que já aconteceria mesmo, naturalmente. Aí a “mágica” já está feita.

Os microporos assumem praticamente a função de protocélulas, promovendo a replicação de moléculas portadoras de informação genética, como RNA ou DNA. Com um detalhe adicional: o sistema favorece a replicação de moléculas cada vez mais longas, capazes de armazenar quantidade crescente de informações genéticas. Isso resolve um dos principais dilemas apresentados pelos estudos sobre a origem da vida: como isso pode ter acontecido se, ao serem deixadas ao sabor do mar aberto, as moléculas de DNA e RNA nunca cresceriam para ter sequências maiores, simplesmente porque é mais fácil replicar as moléculas curtas do que as compridas? O resultado mais esperado disso seria uma “seleção natural às avessas”, empurrando sempre na direção da redução da complexidade. A vida nunca apareceria desse jeito. Eis o problema.

Contudo, o esforço de Dieter Braun e seus colegas da Ludwig-Maximilians-Universität, em Munique, vira esse jogo espetacularmente. Como? A descrição completa saiu em artigo publicado na semana passada na revista “Nature Chemistry”. O trabalho mostra que o gradiente de temperatura, combinado a um processo chamado de convecção laminar, promove a entrada e saída de material dos poros e também encoraja o acúmulo e a multiplicação de DNA longo, desprezando as moléculas mais curtas. “Moléculas de 75 nucleotídeos sobrevivem, enquanto moléculas com a metade desse tamanho morrem, o que inverte o dilema da sobrevivência do mais curto”, escrevem os autores do trabalho.

Um sistema que empurra naturalmente as moléculas de DNA e RNA a ficarem maiores é a rota certeira para o surgimento da vida como a conhecemos. Afinal, quanto mais compridas as moléculas, mais sequências de letrinhas químicas (os chamados nucleotídeos) cabem nelas. Em suma, cabe mais informação genética, com preservação natural daquelas que, pelas mutações aleatórias que contêm, se replicam com mais facilidade e eficiência. Imagine esse processo avançando por muito, muito tempo, até que uma molécula tropece numa receita para produzir uma camada protetora ao seu redor. No interior dessa cápsula, a molécula genética complexa poderia finalmente deixar o microporo e ganhar o oceano, sem correr o risco de ser literalmente “diluída”. O resto, como dizem por aí, é história.

A molécula de DNA não tem comprimento definido; quanto maior, mais informação cabe nele. (Crédito: NIH)

DESAFIOS PELA FRENTE
Por que esse trabalho não está sendo celebrado como a solução definitiva da origem da vida? Bem, porque ele de fato não é exatamente isso. Ele mostra o que pode ter sido a origem dos processos evolutivos, ainda puramente químicos, que antecederam as primeiras formas de vida. Mas faltam aí dois passos cruciais iniciais que antecedem essa etapa. Como se produzem as primeiras moléculas capazes de portar informação genética (RNA e DNA) e como elas primeiro “aprendem” a promover sua própria replicação? (No experimento, a replicação é promovida por uma proteína de origem biológica, que obviamente estava ausente na origem da vida.)

Essas são perguntas que ainda seguem sem solução. A síntese de RNA e DNA em um ambiente úmido permanece como um desafio porque a criação da molécula exige muitos passos químicos. Até aí, nada demais. O problema é que eles costumam ser perturbados pela água antes que cheguem ao seu desejado desfecho. A água desmancha os compostos antes que eles virem RNA ou DNA.

Alguns pesquisadores buscam chegar lá trabalhando em ambientes desérticos (talvez até em outros planetas). Outros procuram soluções ainda oceânicas, mostrando que reações hoje típicas de metabolismo biológico (que incluem as que são capazes de sintetizar coisas como RNA ou DNA) poderiam ser impulsionadas a partir de química mais simples. Se você seguir os links acima, verá que eles estão bem perto, mas ainda não chegaram exatamente lá.

Uma vez que se produzem as moléculas portadoras de informação, sobretudo no caso do RNA, a auto-replicação já é um problema mais bem encaminhado. Sabemos que o RNA é uma molécula versátil, que pode não só codificar informação como promover sua própria cópia, sem a necessidade de proteínas adicionais. Ele seria o ponto de partida para a evolução biológica, como a entendemos hoje.

No frigir dos ovos, o que os resultados já sugerem é que as barreiras remanescentes não são intransponíveis. Pouco a pouco, cada um dos passos envolvidos na origem da vida é recriado em laboratório, conforme as técnicas e a compreensão dos problemas evoluem. E tudo leva a crer que nenhuma condição extraordinária foi necessária para a aparição de formas de vida. Muito pelo contrário. O que os experimentos mostram é que tudo pode ter sido bem simples. Uma pequena variação de temperatura, a presença de ferro diluído no oceano e outras coisas assim, nada complicadas ou incomuns. O único requerimento realmente crítico para cobrir todas as etapas do processo sem ajuda artificial é o tempo — alguns milhões de anos, para ser preciso. Por isso não devemos esperar que os pesquisadores consigam, num único experimento, partir de química simples e terminar com um ser vivo. Mas eles já conseguem reencenar as diversas etapas cruciais separadamente. Falta muito pouco para entendermos a coisa toda. Estamos quase lá.