Deus joga dados

Ao completar cem anos, a teoria quântica se sustenta, contrariando Einstein.
Alessandro Greco, Gazeta Mercantil

Nos séculos XVIII e XIX a física clássica, estabelecida pelo inglês Isaac Newton (1642-1727), parecia prover uma descrição acurada do movimento dos corpos, como, por exemplo, o movimento dos planetas. Os cientistas acreditavam ter entendido os princípios fundamentais da natureza. Os átomos eram seus blocos construtores e as pessoas acreditavam nas leis do movimento postuladas por Newton.

Tudo parecia levar a física para um novo século sem grandes emoções, com poucos problemas novos a serem resolvidos. Estudar a física nessa época era considerado uma perda de tempo, mas no final do século XIX, início do século XX, algumas experiências começaram a levantar dúvidas sobre a capacidade da ciência clássica de entender todos os problemas do mundo físico, em especial os do mundo microscópico.

Um dos problemas que atormentavam os físicos era a existência de duas teorias para a luz. A teoria corpuscular explicava a luz como um feixe de partículas e a teoria ondulatória entendia a luz como ondas eletromagnéticas. A dúvida começou a ser resolvida em 14 de dezembro de 1900, há cem anos portanto, quando o físico alemão Max Planck (1858-1947) publicou um artigo que gerou uma revolução similar à ocorrida na época da publicação das leis do movimento de Newton, no livro "Principia". Em poucas palavras, Planck sugeriu que o calor absorvido ou emitido por qualquer objeto é transmitido em pequenos pacotes discretos de energia, os quanta (plural da palavra latina quantum, que significa quanto). Estava fundada a teoria quântica. Apesar de ser a teoria mais bem-sucedida da história da física, não foi entendida satisfatoriamente por ninguém. Nem por seus fundadores. Um deles o Físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), disse certa vez que, se alguém dizia entender a teoria quântica, era porque com certeza não tinha compreendido.

Passaram-se cem anos e a situação continua a mesma. Muito se avançou na teoria, mais entendê-la ainda é um exercício intelectual sem solução. As características contra-intuitivas da teoria quântica fizeram vítimas também entre seus fundadores, mais especificamente o físico alemão Albert Einstein (1879-1955), que a rejeitou de forma contundente. Einstein havia sido uma das primeiras pessoas a acreditar na teoria de Planck e propusera, em 1905, a existência de uma nova partícula elementar, o fóton, pela qual a luz se propagaria em pacotes. (Foi esta descoberta que deu a Einstein o Prêmio Nobel de Física de 1921, não seus trabalhos mais conhecidos, a teoria da relatividade especial e a geral.) Quando a teoria quântica mostrou que tinha vindo para ficar, Einstein expressou seu descontentamento numa conhecida conversa com físico americano John Archibald Wheeler. O cenário foi a casa de Einstein na cidade de Princeton, Nova Jersey, Estados Unidos.
Wheeler perguntou a Einstein: "O senhor acredita na teoria quântica?" A resposta: "Deus não joga dados."

Einstein nunca conseguiu aceitar o fato de a teoria quântica ser probabilística e não determinista como a física de Isaac Newton. Na teoria quântica existe, por exemplo, a probabilidade de um elétron estar em uma certa posição e com uma certa velocidade, nuca a certeza disso.

Pior: é impossível determinar a posição e a velocidade de uma partícula ao mesmo tempo. È este o chamado princípio da incerteza postulado em 1927 pelo físico alemão Werner Heisenberg (1901-1976). Tal princípio teve profundas implicações em nossa percepção da vida e ainda hoje, quase 75 anos depois de sua formulação, não foi totalmente digerido, dando lugar a várias interpretações errôneas- geralmente vindas de fora da física. O tamanho da mudança pode ser medido pelos fatos de não podermos, após a mecânica quântica, medir com precisão o estado atual do nosso universo, nem fazer uma previsão precisa dos acontecimentos futuros.

Já no ano anterior ao princípio da incerteza, o físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961) propôs sua equação de movimento para o mundo das partículas. Nela, o resultado para uma certa situação não era único, como no caso das equações de Isaac Newton, mas uma série de alternativas possíveis, com diferentes graus de probabilidade de acontecer. Estava decretado o fim das certezas.

No final da década de 20, nenhuma deficiência havia sido achada na mecânica quântica e ela havia sido usada com sucesso na resolução dos problemas que atormentavam os físicos da época. Ela gradativamente os levou a entender a estrutura da matéria e proveu a base teórica para o entendimento da estrutura do átomo, que havia sido postulada em 1911 pelo físico inglês Ernest Rutherford (1871-1937), com seu modelo do núcleo atômico com carga positiva (prótons), circulando por uma nuvem de partículas negativamente carregadas (elétrons), como os planetas girando em volta do Sol, teoria que foi aperfeiçoada por Niels Bohr em 1913.

Bohr propôs que os elétrons não orbitavam livremente em torno do núcleo, mas em distâncias determinadas. A idéia vinha da necessidade de achar uma solução para um problema clássico: a previsão das leis da mecânica clássica e da eletricidade de que os elétrons perderiam sua energia para dentro do núcleo do átomo. A solução de Bohr era criticada por parecer arbitrária. Além disso, sua expressão matemática era complicada para átomos com estruturas mais complexas que a do hidrogênio, o mais simples de todos. A resposta veio do físico francês Louis de Broglie (1892-1987). Ele propôs, em 1924, que bastava entender o elétron girando em torno do núcleo como uma onda. Afinal, se a luz podia se comportar como partícula ou onda, por que o elétron não poderia? Mas Einstein não havia dito que a luz se propagava em pequenos pacotes de energia? Sim, mas então a luz é partícula ou onda? Bem...as duas!

A luz é composta de ondas, mas a teoria quântica afirma que, em alguns aspectos, ela se comporta como se fosse composta de partículas e só pode ser emitida ou absorvida em pacotes, ou quanta. Ou seja, segundo a mecânica quântica, para alguns fins é útil pensar nas partículas como ondas, ou vice-versa. Bem vindo ao estranho mundo quântico.

Na tentativa de criá-la, os físicos se depararam na década de 70 com a teoria das cordas. Nela, as partículas que conhecemos são, na verdade, pequenas cordas vistas de longe. Cada uma das partículas seria feitas de formas de vibração diferentes dessas cordas. É como se fosse o elemento básico da natureza e não a partícula e o modelo standart fosse um tipo de aproximação de uma teoria mais profunda, a teoria das cordas, hoje chamada, após algumas modificações, de teoria das supercordas.

Mesmo se for descoberta uma teoria quântica da gravitação, é que uma teoria da relatividade geral em sua forma quântica, resta o grande desafio: uni-la ao modelo standart, criando uma teoria unificada das partículas e de suas interações . Para quê? Para chegar a uma teoria que expresse todas as leis da natureza, ou "para entender a mente de Deus", nas palavras de Albert Einstein. A dificuldade toda está em unir as leis que governam o muito pequeno (modelo standart) àquelas que governam o muito grande (teoria quântica da gravitação).

Um dos usos de uma teoria unificada seria nos momentos iniciais do big-bang, a grande explosão que deu início ao nosso universo. Naquele momento, 10-43s (10 segundos dos elevados a -43), todas as forças estavam unidas em somente uma, mas a gravidade já começava a se separar dela. Alguns instantes depois 10-35s, as forças nuclear forte e eletrofraca se separaram. Mas esse modelo tinha alguns problemas até que o físico americano Alan Guth e seus colegas propuseram o chamado modelo inflacionário do universo, uma expressão rapidíssima logo após o big-bang, que o levou a multiplicar seu tamanho milhões de vezes em alguns milissegundos.

Hoje vemos a "mente de Deus" através do uso da teoria quântica em algumas áreas. É ela, por exemplo, que governa o comportamento de transistores e circuitos integrados, componentes essenciais de aparelhos eletrônicos, e também a base da química e da biologia modernas.

A única certeza que temos no mundo das probabilidades descortinado pela teoria quântica é que "Deus joga os dados", mesmo contra a vontade de Einstein, embora não saiba ainda por quê. Será que um dia descobriremos? Segundo Feynman, considerado o maior físico da segunda metade do século XX, não. Nunca seremos capazes de entender o porquê, somente o "como" dos atos da natureza.

Hoje as descobertas na física quântica já não são feitas mais à velocidade estonteante do início do século e também não há a concentração de mentes brilhantes por metro quadrado daquela época trabalhando em somente uma área. Mas talvez o mais impressionante seja que - supresa!- o modelo standart somente estará certo se a existência de uma partícula chamda bóson de Higgs for comprovada. Ou seja, ainda não temos certeza de que estamos no caminho correto, embora as evidências indiquem que sim. Se a teoria está correta, somente o tempo dirá, mas a busca das leis da natureza pode ser resumida em uma frase de William Shakespeare: "Se você puder olhar as sementes do tempo e dizer qual grão crescerá e qual não, avise-me" (Macbeth).