O Problema da Criação na Cosmologia Moderna
Marcelo Byrro Ribeiro
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Depto Física Matemática, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ,Artigo convidado
apresentado no Congresso
"Mysterium Creationis - Um Olhar Interdisciplinar"
Referência:
"Mysterium Creationis: um olhar interdisciplinar sobre o
Universo"
Luiz Carlos Susin (organizador), pp. 45-83, (São
Paulo: Edições Paulinas), 1999
ISBN 85-356-0575-4
RESUMO
O objetivo deste trabalho consiste em expor como a cosmologia científica moderna conceitua Universo e totalidade, bem como o caráter intrínseco da teoria gravitacional subjacente, a qual impõe limites para estes conceitos. Faremos também uma breve descrição das principais evidências advindas das observações astronômicas, que permitem que a comunidade científica tenha confiança ao afirmar que o Universo evolui e passou por uma fase quente. Exploraremos também alguns conceitos relativísticos que dão forma a vários aspectos essenciais da cosmologia moderna, como a inevitável existência de horizontes e a possibilidade de existirem regiões do espaço-tempo nos quais os próprios conceitos físicos e matemáticos, que definem a física do Universo, deixam de ser definíveis. Essas regiões são chamadas de singularidades e a mais famosa delas é o big bang, a qual é interpretada por muitos como sendo a origem ou criação do Universo. Exporemos algumas teses epistemológicas presentes na física e filosofia pré-relativísticas e discutiremos como é possível interpretar essas singularidades à luz de uma perspectiva epistemológica. Em particular, usaremos as idéias epistemológicas defendidas por Galileu, Boltzmann, Einstein e Stoeger para mostrar que, sob esse ponto de vista, não nos resta opção senão interpretar as singularidades cosmológicas, inclusive o big bang, não como regiões de criação ou destruição, mas somente como os limites da teoria, isto é, onde a física conhecida nada mais pode afirmar com certeza.
Como acontece com muito do que aquilo que se relaciona à cosmologia, o presente artigo pode ser considerado audacioso. Sendo, ou não, desejado pelos autores de trabalhos de mesma natureza que este, quando o tema é cosmologia, torna-se freqüentemente muito difícil escapar ao rótulo, ou adjetivo, mencionado acima. Prudência na escolha das palavras a serem empregadas ou mesmo apoio (sempre necessário!) em autores mais conhecidos e famosos não é suficiente para evitar que aquele que se lança no caminho da cosmologia seja encarado como audacioso.
Durante aproximadamente quatro séculos, ou seja, desde os tempos de Copérnico até o início do século XX, a ciência moderna rotulou como não-científicas as questões que indagavam pela origem de tudo, pela história e pelo desenvolvimento dos objetos e estruturas celestes. Até mesmo a nossa origem instigava a curiosidade humana mas nada mais muito além disso. Além de não possuir as ferramentas necessárias (leis e teorias científicas, acopladas aos essenciais dados observacionais), a ciência moderna assustava-se, criticando negativamente tal atitude, com a facilidade com que filósofos e teólogos propunham respostas - quase sempre definitivas e proclamadas em tom peremptório - para esse tipo de pergunta. Coerentemente com o seu objetivo de distinguir-se radicalmente seja da filosofia, seja da teologia - afinal, era preciso conquistar a sua autonomia, quando não a sua independência com relação às suas antigas "parentas" - a ciência moderna não se preocupou com as questões cosmológicas. A bem da verdade, ela sentia-se incompetente e incapaz para investigá-las.
Apesar de todos os seus feitos e conquistas acerca do comportamento dos fenômenos naturais (alguns deles tão impressionantes que poderiam fazer com que os cientistas se deixassem levar - como que inebriados - pelos seus sucessos), a ciência moderna como um todo optou por uma atitude mais prudente. Essa opção pode ser explicada não apenas porque lhe faltavam os conceitos científicos e as equações físicas para poder trabalhar as idéias de todo e origem segundo os seus próprios critérios, mas também porque, quando analisada a partir de um viés epistemológico, ao menos para aqueles que consideravam importante compreendê-la à luz da filosofia, o resultado dessa análise não conseguiu, e até os dias de hoje, tornar-se consensual.
Ainda hoje, a ciência moderna não sabe responder categoricamente à questão se as suas teorias explicam ou descrevem a natureza. Aliás, é possível que esse debate nunca venha a ser resolvido. No que diz respeito à cosmologia, a necessidade de preocuparmo-nos com o estatuto epistemológico das leis, teorias e modelos cosmológicos é ainda mais relevante. Para nós, não é possível, neste caso, evitar a sugestão de uma resposta para a questão sobre a natureza das teorias científicas. Parece-nos que a própria natureza das questões cosmológicas impõe a necessidade de optarmos por uma das possibilidades existentes: descrição ou explicação.
Talvez uma das poucas lições perenes que possamos colher do desenvolvimento da cosmologia em nosso século, é que esta é inseparável da especulação e da ousadia. A declaração seguinte pode parecer algo deslocada, o que procuraremos refutar indiretamente com este artigo, mas pode-se afirmar que o estudo da cosmologia é para aqueles que não têm medo de errar. O importante é ousar, afirmar e, sempre que necessário, reconhecer o erro cometido. Em cosmologia, ciência com particularidades muito próprias, uma das melhores maneiras de se aprender é com os erros. No entanto, nem sempre é evidente em cosmologia determinar com exatidão a natureza do erro cometido. As diferentes e sempre presentes dimensões teórica, observacional e epistemológica, em suas eternas capacidades de se influenciarem, tornam muitas vezes difícil que compreendamos onde e como os erros foram cometidos.
Durante muito tempo, a ciência moderna não se sentiu suficientemente madura para se aventurar na busca de respostas para aquele conjunto de questões, as quais, desde que existem seres racionais sobre a superfície da Terra, os têm atormentado. Uma vez mais: qual é a origem de tudo aquilo que nos cerca?; qual é a nossa origem?; qual será o nosso fim?. A maturidade da ciência, nunca alcançada facilmente, inclui teorias sólidas e observações confiáveis. No domínio da cosmologia, esses resultados foram obtidos no século XX. A rigor, o mais correto seria afirmar que essa maturidade ainda está sendo conquistada. Apesar de termos avançado bastante em nosso caminho em busca das respostas cosmológicas, certos assuntos ainda permanecem em aberto como, por exemplo, aquela que parece ser a mais importante questão dentre todas que podemos formular em cosmologia: como foi o início de tudo? Contudo, nós podemos, nos dias de hoje, imputar essa(s) questão(ões) à ciência sem medo de sermos qualificados de anti-científicos ou mesmo de inimigos da razão! É certo, pois, que algo foi conquistado.
Como é usual no domínio do conhecimento humano, um avanço alcançado significa que alguma coisa passou a estar relativamente imune à possibilidade da dúvida, não para toda eternidade, a qual definitivamente não existe para a ciência, mas para um certo conjunto de objetos naturais. Em outras palavras, mesmo não podendo assegurar que as respostas dadas pela ciência permanecerão as mesmas para sempre - o futuro da ciência é, em larga escala, imprevisível -, quando consideramos alguns dos fenômenos e processos existentes na natureza, é lícito sentirmos segurança. Assim, uma das mais significativas conquistas da cosmologia do século XX diz respeito ao fato de que o Universo evolui, ou seja, que ele tem uma história. Todos sabemos que a idéia de evolução ganhou foros de cientificidade em um domínio estranho à cosmologia e em uma época em que ela ainda não integrava o domínio das disciplinas científicas estritas. Elaborada por Darwin e Wallace na segunda metade do século XIX, a idéia de evolução penetrou na cosmologia após esta ter se tornado uma realidade. Mesmo já integrando diferentes áreas do saber humano, como a biologia, a história e a antropologia, a idéia de evolução, para receber a sua interpretação em termos cosmológicos, teve que superar resistências iniciais, algumas deles formuladas por um dos principais responsáveis pela transformação da cosmologia em ciência: Albert Einstein (1879-1955). Contrariando as equações da sua Teoria da Relatividade Geral (TRG), apresentada formalmente ao público acadêmico no final do ano de 1915, Einstein, seguindo as suas idéias científicas daquele momento, introduziu um termo ad hoc (o termo cosmológico L), de modo a obter como solução um universo estático. Anos mais tarde, e tendo se convencido, a partir dos trabalhos daqueles poucos que se aventuraram em buscar e propor soluções para as suas equações do campo gravitacional, Einstein abandonou a solução do universo estático, afirmando que aquele havia sido o maior erro científico que cometera em toda a sua carreira.
Não há como negar a evidência de que as questões da cosmologia não lhe pertencem inteiramente ou unicamente. Não somos nós que o afirmamos, outros já o fizeram anteriormente, mas a relevância das perguntas cosmológicas é tão assombrosa que outros cientistas, acompanhados de personagens nem sempre desejadas e bem-vindas (referimo-nos aos filósofos e teólogos), podem, e sem precisar justificar essa pretensão, desejar respondê-las. Uma outra evidência que se impõe é que o diálogo certamente fica mais rico e interessante quando é reconhecida a importância de ouvirmos aqueles que não "habitam" um mesmo domínio científico-epistemológico. Se, de fato, a ciência moderna sente-se suficientemente segura e madura para, com as suas próprias pernas, aventurar-se nesse sedutor domínio da cosmologia, por que haveria ela, então, sentir receio de dialogar com, sempre elas, a religião e a teologia? A maturidade e a confiança, muitas vezes afirmadas de forma arrogante e, por que não, infantil, deveriam se traduzir em vontade e coragem de conversar com outrem.
Ao longo de sua história, a ciência moderna repetiu, por diversas vezes, que as respostas que propõem são parciais, simplificadas e substituíveis. Para muitos, dentre os quais nos incluímos, essas características das respostas, ou seja, das teorias científicas, significam que estas são representações da natureza. Ao afirmamos que as teorias científicas são representações, defendemos, entre outras idéias, que a ciência não pode conhecer as essências ou, o que é o mesmo, porque o mundo é tal como ele é realmente. Se não podemos conhecer o mundo tal como ele é realmente, não seria ambíguo e contraditório procurar uma resposta para a questão do início do Universo? Além disso, como compreender a definição de cosmologia como sendo o estudo do "L'univers, c'est la totalité de ce que l'homme peut observer, de ce qu'il ne peut pas observer, voire de ce qu'il ne pourra jamais observer."? Quais são as interpretações - ou talvez fosse mais acertado dizer, quais são as definições - que os cosmólogos dão para termos e conceitos como totalidade, início, criação, evolução, entre outros? Essas são questões que ainda constituem tópicos para a discussão entre os cosmólogos.
Mesmo podendo haver disputa sobre se seria adequado tentar definir o vocabulário da cosmologia, parece que, após o surgimento da TRG, essa tarefa impõe-se. Ela é inescapável. Uma das mais impressionantes conquistas da TRG é que, com ela, o Universo tornou-se uma estrutura submetida principalmente à ação de uma única força, a gravitacional. Se a TRG faz sentido, e são muitas as suas confirmações experimentais, ela nos obriga a considerar seriamente que podemos responder, ainda que provisória e parcialmente, às questões que estão neste trabalho. Se é natural ao ser humano indagar pela sua origem e pelo seu futuro, por que, então, evitar, ainda mais quando já dispomos de uma base segura, essa nossa inclinação? Não seria anti-natural e, portanto, de antemão condenada ao fracasso, toda tentativa de fugir àquelas questões que, vindo do nosso próprio interior, talvez constituam a nossa especificidade enquanto espécie biológica? Finalmente, em que ocasião seremos mais humanos do que aquela em que nos perguntamos pela nossa origem e pelo nosso destino?
O que é cosmologia como uma disciplina científica? Como podemos, através das leis físicas conhecidas estudar o Universo? Que conclusões podemos retirar deste estudo? Como podemos saber se este estudo e as conclusões obtidas fazem sentido e têm confirmação experimental ou astronômica? Estas são perguntas cosmológicas típicas e suas respostas nos ajudam a definir o próprio objeto da cosmologia, isto é, a parte da Natureza que a cosmologia procura estudar e explicar.
Podemos hoje afirmar que 1917 foi o ano do nascimento da cosmologia moderna, pois foi quando Einstein publicou um artigo no qual as suas recém propostas equações do campo gravitacional eram usadas para estudar a física do Universo (Einstein 1917). Os resultados contidos neste artigo são hoje conhecidos como o modelo cosmológico de Einstein e as equações do campo gravitacional utilizadas neste modelo deram origem a teoria da relatividade geral. Nesse trabalho, o físico alemão assumiu que o Universo pode ser tratado como um objeto único, uma entidade física única, e que o estudo do Universo como um todo é possível de ser feito por meio das leis da física. No entanto, somente foi possível a Einstein iniciar, e a seus sucessores continuar, este estudo porque foram formuladas, implícita ou explicitamente, várias hipóteses fundamentais as quais permitem, e até certo ponto definem, o escopo da cosmologia. Na história da cosmologia moderna, a existência destas hipóteses foi freqüentemente objeto de grande controvérsia e debate, na medida em que algumas tem um caráter mais filosófico do que físico, com uma difícil comprovação observacional. No entanto, tais hipóteses são absolutamente essenciais, e sem elas não é possível sequer o início do estudo sobre a física do Universo. Vamos discutir a seguir essas hipóteses fundamentais da cosmologia.
A primeira hipótese básica em cosmologia assume que as leis físicas localmente verificáveis, isto é, verificáveis dentro dos limites do Sistema Solar, são igualmente válidas em regiões muitos mais distantes, ou seja, em regiões onde a sua validade não foi verificada ou onde não podemos testá-las. Assim, pode-se dizer que a cosmologia científica moderna consiste no estudo de todos os objetos e grupos de objetos físicos, incluindo o mais remoto, nos quais as nossas leis físicas têm significado e podem ser aplicadas de maneira consistente e bem sucedida. A justificativa desta hipótese deve ser observacional, ou seja, a astronomia e astrofísica devem nos fornecer dados que possam justificar esta premissa. Como veremos, dados observacionais obtidos por meio da cuidadosa, paciente e sistemática observação dos céus feita por gerações de pesquisadores por meio de telescópios e, mais recentemente, satélites artificiais, nos permitem validar esta hipótese em termos gerais, mas não de forma completamente satisfatória e adequada.
A segunda premissa básica em cosmologia afirma que os objetos cosmológicos interagem gravitacionalmente, isto é, parte-se da premissa de que das quatro forças fundamentais conhecidas pela física, a saber, as forças gravitacional, eletromagnética e nucleares forte e fraca, somente a gravidade tem longo alcance e é, portanto, a interação física mais importante entre os objetos cosmológicos. A teoria gravitacional mais utilizada é a teoria da relatividade geral, uma generalização de sua teoria da relatividade especial proposta em 1905. Não é coincidência o fato de que a cosmologia efetivamente nasce como disciplina científica somente após o aparecimento da relatividade geral, a qual permitiu Einstein pensar o Universo em termos físicos e usar grandezas físicas típicas como energia e densidade para descrever o Universo (Einstein 1917).
A terceira hipótese cosmológica não se restringe apenas a uma única. Na verdade, ela abarca um conjunto de pressuposições físico-matemáticas, que na prática tem o objetivo de simplificar matematicamente o problema a ser resolvido, embora raramente isso seja claramente exposto. Assim, ao invés de algumas delas serem simplesmente colocadas como sendo uma escolha simplificadora, alguns autores recorrem a justificativas baseadas em argumentos de razoabilidade, onde esta última tem freqüentemente um caráter subjetivo e expressa opiniões filosóficas subjacentes. Por isso algumas destas pressuposições são motivo freqüente de controvérsia pois não há uma validação observacional direta, mas, na melhor das hipóteses, indireta. No entanto, elas são essenciais, pois sem elas não seria possível obter soluções das equações do campo gravitacional fornecidas pela teoria gravitacional subjacente. Isso ocorre porque as equações da relatividade geral são bastante complexas e de difícil solução, necessitando, portanto, de serem simplificadas matematicamente.
A primeira destas pressuposições matemáticas, e de longe a mais controversa no sentido discutido acima, consiste na adoção de algum tipo de princípio de simetria, necessário na prática para simplificar matematicamente as equações, as quais são freqüentemente justificadas a posteriori como "razoáveis" transcrições matemáticas do princípio Copernicano, o qual afirma que não existem observadores privilegiados no Universo. Aqui a palavra simetria deve ser entendida no sentido matemático. Por exemplo: uma bola possui simetria esférica porque ela pode girar ao longo de qualquer dos três eixos espaciais sem que nós notemos mudanças em seu formato. Da mesma maneira, um tubo que gira ao redor de seu eixo principal tem simetria cilíndrica neste eixo.
A mais popular destas transcrições matemáticas do princípio Copernicano é o princípio cosmológico, o qual, na prática, consiste em uma justificativa da escolha da geometria do universo como sendo a de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, mais conhecida pelas suas iniciais FLRW.1 Em outras palavras, o princípio cosmológico consiste basicamente na escolha de uma determinada geometria, a qual pressupõe todos os pontos como sendo matematicamente equivalentes. A geometria FLRW implica: a) em simetria esférica ao redor de infinitos pontos; b) que a matéria constituinte do universo é distribuída homogênea e isotropicamente ao redor de todos os pontos dessa geometria. Deve-se enfatizar que o princípio cosmológico é apenas uma entre as várias possíveis transcrições matemáticas do princípio Copernicano e que, portanto, esses dois princípios não devem ser confundidos, como freqüentemente ocorre. Todas as cosmologias virtualmente assumem algum tipo de simetria e a maioria procura seguir o princípio Copernicano, mas somente os modelos FLRW seguem o princípio cosmológico. Por exemplo, a cosmologia do estado estacionário, muito em voga nos anos 1950 e 1960, se baseia no princípio cosmológico perfeito que interpreta o princípio Copernicano de maneira distinta, transcrevendo matematicamente as suas simetrias para uma geometria diferente que a FLRW (Ver Barrow 1989, 1993, para uma discussão semi-técnica acerca destes princípios). A razão para a proeminência atual do princípio cosmológico decorre do fato de que os modelos FLRW são os que mais se aproximam dos dados obtidos astronomicamente, o que faz com que eles sejam os modelos mais estudados e credíveis.
A segunda destas pressuposições é de natureza mais física e assume que o Universo pode ser modelado como um fluido, com as galáxias sendo seus elementos constituidores, isto é, elas são as "moléculas" desse fluido. A partir desta hipótese, pode-se, portanto, descrever esse fluido cosmológico por meio de grandezas típicas como densidade, pressão e temperatura. Em casos mais complexos, considera-se um fluido com efeitos de viscosidade ou fluxo de calor entre as moléculas constituidoras deste fluido, isto é, entre as galáxias.
Os modelos FLRW seguem o princípio cosmológico e a aproximação de fluido. Como existe um grande corpo de evidência astronômica associada, eles são certamente os modelos mais conhecidos em cosmologia, a ponto de serem chamados de modelo cosmológico padrão. A cosmologia padrão é hoje em dia tão bem sucedida teórica e observacionalmente que é inclusive comum se confundir cosmologia com o modelo padrão, o que, como vimos acima, é injustificável. A teoria da relatividade geral, os princípios de simetria, os mais variados, e a aproximação de fluido nos permitem obter um número muito maior de modelos cosmológicos diferentes da geometria FLRW, onde esta última passa a ser conhecida como sendo um caso particular. Todavia, os modelos padrão dão, de certa forma, o "tom" em cosmologia moderna, no sentido de que seus resultados são os mais bem estudados e aceitos. Em geral, outras cosmologias usam os modelos FLRW como referência. A seguir discutiremos os principais resultados da cosmologia padrão e suas evidencias observacionais.
Como vimos acima os modelos FLRW implicam em isotropia e homogeneidade da distribuição de matéria no universo. Como eles assumem a aproximação de fluido, segue-se daí que as galáxias estão distribuídas de maneira homogênea e isotrópica. Enquanto que, como veremos abaixo, há muitas evidências para a isotropia da distribuição da matéria, a sua homogeneidade é mais incerta, pois o que o modelo prevê é que, em cada momento, o espaço tridimensional seja uniforme e tal previsão é de difícil validação empírica.
Uma outra característica do modelo padrão é a de que o Universo encontra-se em expansão, ou seja, é dinâmico e seu conteúdo material muda com o tempo. A dinâmica do universo pode ser determinada por três sub-modelos:
O que distingue os três casos acima é quantidade de matéria existente no universo. É a partir destes três sub-modelos que se define o conceito de massa crítica, acima da qual o universo vai finalmente paralisar sua expansão e iniciar um processo de contração, e abaixo da qual o universo se expande eternamente. O caso intermediário, denominado de universo plano, define a massa crítica: se o universo tiver massa inferior ao do modelo plano, então é aberto. Se for superior, é fechado. Uma vigorosa área de pesquisa em cosmologia tem sido a tentativa de determinar qual dos três tipos mais se aproxima ao universo observado. Dados atuais tendem a favorecer o modelo aberto, embora argumentos teóricos controversos sustentem que o universo deve ser plano.2 Se assumirmos, por argumentos teóricos, que o universo é plano e, ao mesmo tempo, observamos matéria compatível somente com o modelo aberto, uma maneira de resolver esta contradição é supormos que existe matéria invisível, que não emite luz. Em outras palavras, neste cenário existiria matéria escura. Proponentes de modelos inflacionários argumentam que mais de 90% da matéria do Universo seria escura.
Uma conclusão imediata que emerge da constatação da existência da expansão é que o universo deve ter estado "concentrado" no passado, tendo, por motivos não esclarecidos, se iniciado um processo de expansão em determinada época. Este é o átomo primordial sugerido por Lemaître. Deve-se enfatizar que o átomo primordial não necessariamente implica em um ponto ou uma "origem", pois o universo poderia ter estado em estado estático, sem contração ou expansão, até que algum evento tenha dado início a uma expansão. No entanto, cálculos posteriores mostraram que os três sub-modelos FLRW, apresentados acima, implicam que esta concentração de matéria teria ocorrido em um tempo finito do passado, onde toda a materia do universo estaria neste ponto, o qual teria densidade e temperaturas infinitas. Desta constatação matemática nasce o conceito do big bang, que é interpretado por muitos como sendo a criação do Universo.3 No caso dos modelos fechados, se em algum momento o universo parar a expansão e iniciar um processo de contração, então quando o universo estiver todo contraído de volta a um ponto haveria então uma "grande implosão" (ou big crunch).
É importante observar que o big bang e o big crunch são noções matemáticas. O modelo teórico prevê estes estados como sendo casos limites, isto é, se o processo de evolução do Universo continuasse, e isto sob o implacável ponto de vista da lógica. Porém, a teoria não é capaz de dizer nada sobre o que eles significam ou como e porque eles podem ter aparecido. A própria física não pode ser feita no big bang, pois não se conhece nenhum sistema físico que tenha densidade e pressão infinitos. Associar ao big bang a uma idéia de "criação" é, na verdade, uma interpretação que tem bases, ou raízes, filosóficas. Não se "faz" física no big bang, mas após o big bang, mesmo que em um instante de tempo extremamente pequeno.
Como discutido acima, a primeira grande conclusão do modelo padrão estabelece de que o Universo está em expansão. Certos cálculos, feitos a partir da geometria FLRW, permitem obter uma relação entre a distância e a freqüência da luz emitida pelas galáxias. Esta freqüência pode ser transformada em velocidade, o que nos leva à famosa relação entre velocidade de recessão e distância, comprovada empiricamente pelos trabalhos do astrônomo norte-americano Edwin P. Hubble (1889-1953) ao final da década de 20. A descoberta da expansão do universo liquidou de vez com a credibilidade do modelo estático proposto por Einstein em 1917, o primeiro modelo cosmológico, que tem hoje apenas valor histórico e didático.
A segunda conclusão importante refere-se à evolução do Universo. A própria expansão sugere essa conclusão. No entanto, expansão não necessariamente implica em evolução, pois o modelo cosmológico tipo estado estacionário, e como mencionado acima, também prevê expansão. Nesse modelo, porém, o universo não evolui. Foi a observação de galáxias distantes que emitem na freqüência do rádio que mostrou que quanto mais distante a fonte, maior a sua densidade, um resultado consistente com a cosmologia padrão, mas não com o modelo do estado estacionário.
Os dados também nos mostram que o Universo é isotrópico. Isotropia significa igualdade em todas as direções, ou seja, não existe diferença observacional ou teórica entre duas direções. A contagem de galáxias em diferentes regiões do céu nos mostra empiricamente que não existe nenhuma direção privilegiada e o fato de existir uma radiação de fundo na freqüência das microondas, associada aos estágios iniciais do universo, a qual é detectada isotropicamente, fornece uma segunda evidência para a isotropia do universo.
Dois grupos de evidências astronômicas também indicam que o Universo passou por uma fase densa e quente. A primeira evidência é a própria radiação de fundo mencionada acima, a qual tem como sua melhor explicação a sua origem cosmológica (outras tentativas falharam até o momento) e indica que esta teve uma temperatura mais alta na passado e, portanto, o universo foi mais quente. De acordo com o modelo FLRW, temperaturas mais altas estão vinculadas a maiores densidades, devido ao efeito reverso da expansão, isto é, no passado, o universo estaria mais concentrado. A segunda fonte de evidência é a composição química da Terra, dos meteoritos, do sistema solar, das estrelas distantes e, com menos precisão, das galáxias. Esta composição é bem explicada pela existência de fusões nucleares em uma bola de fogo primordial, as quais produzem genericamente as abundâncias químicas observadas. Assim, a composição química observada seria resultado do processamento nuclear da matéria em uma época densa e quente.
Há, finalmente, alguma evidência de que o Universo é homogêneo. Deve-se dizer, contudo, que atualmente não existe uma unanimidade entre os cosmólogos a respeito desse ponto. Uma corrente de pesquisadores argumenta que as evidências empíricas apontam para o contrário, isto é, o Universo teria uma distribuição não-homogênea da matéria (Oldershaw 1998). Alguns físicos vão ainda mais longe e afirmam que além de ser não-homogênea, a distribuição seria fractal. A fonte desta controvérsia encontra-se na dificuldade em se analisar os dados astronômicos. É muito mais fácil e menos ambíguo discutir- se a isotropia, que implica em um estudo de projeções, do que homogeneidade, já que seria necessário conhecer em detalhes a distribuição da matéria nas regiões remotas do Universo. O problema é que, quanto mais distante nós observamos, mais incertos ficam os dados obtidos e, como veremos a seguir, o que observamos e como interpretamos os dados obtidos observacionalmente dependem da teoria utilizada. Levando-se em consideração as objeções mencionadas, uma parte da comunidade argumenta que, como a geometria FLRW já implica matematicamente em homogeneidade, não podemos usar esta própria geometria para verificar a homogeneidade, pois neste caso estamos argumentando de forma circular.
Mesmo assim, e como todas as evidências acima apontam no sentido de validar a geometria FLRW e esta implica em homogeneidade, é comum acreditar-se que isso constitui suficiente evidência teórica em favor da homogeneidade. Sem dúvida nenhuma, há argumentos convincentes neste sentido, e a própria relação descoberta por Hubble entre a distância e a luz emitida pelas galáxias, a lei de Hubble, somente parece ser verdadeira, caso a matéria seja homogeneamente distribuída. A conclusão mais segura que podemos hoje em dia formular é que o tema da homogeneidade encontra-se em debate e não há consenso entre os diferentes pontos de vista.
Afirmamos que a cosmologia moderna nasceu em 1917, pois nesse ano Einstein empregou as recentemente propostas equações do campo gravitacional para estudar a física do Universo (Einstein 1917). Nesse trabalho, o físico alemão assumiu que o Universo poderia ser tratado como um objeto único. Assim, em um período de aproximadamente dois anos, Einstein não só estabeleceu através de idéias e métodos geométricos uma nova teoria física para o tratamento de fenômenos gravitacionais, a relatividade geral, como também estabeleceu as bases de uma nova disciplina científica: a cosmologia. Unicidade e totalidade passam a integrar o vocabulário da física.
Este artigo significou um marco histórico, pois foi a primeira vez onde a idéia de totalidade, presente até aquele momento apenas nas cosmologias mitológicas e filosóficas, ganhou uma consistente e coerente interpretação físico-matemática. A partir do trabalho de Einstein de 1917, o Universo transformou-se em um objeto físico, passível de ser descrito e estudado por meio de grandezas físicas típicas como energia, pressão, densidade, temperatura, entre outras, e conceitos e métodos matemáticos e geométricos, como equações diferenciais, tensores e curvatura.
A cosmologia moderna nasce somente após o aparecimento da relatividade geral. Isto ocorreu não porque antes de Einstein não tivessem havido tentativas de tornar a cosmologia uma disciplina científica, mas porque das quatro forças fundamentais conhecidas pela física, a saber, as forças gravitacional, eletromagnética e nucleares forte e fraca, somente a gravidade tem longo alcance e é, portanto, a única interação física assumida possível entre os objetos astronômicos fundamentais: as galáxias. No entanto, para se pensar o universo físico, o qual, por definição, é infinito, como sendo regido basicamente por interações gravitacionais, a teoria da gravitação universal, proposta por Isaac Newton (1642-1727) cerca de 250 anos antes de Einstein, não é suficiente pois ela é notoriamente problemática ao lidar com sistemas infinitos, o que não ocorre com a relatividade geral.4 Assim, é o aparecimento desta última que finalmente permite que a interpretação física de idéias como "Universo" e "totalidade" sejam colocadas em bases físicas seguras, na medida em que, pela própria natureza geométrica global das equações de campo de Einstein, a cosmologia torna-se intrínseca à própria geometria que compõe a relatividade geral.5
Devido a sua ligação intrínseca com a física, a cosmologia é, de fato, uma disciplina científica, tendo em comum com o que se entendia como cosmologia na era pré-relativística apenas o seu propósito mais amplo, isto é, uma tentativa em explicar a totalidade. Na medida em que essa cosmologia pré-relativística era, em sua maioria, filosofia, mitologia ou religião, o que se entende por totalidade na cosmologia moderna é bastante distinto. Não se trata aqui de discutir as definições de totalidade nesses três contextos, mas, sim, de observar que a forma com que a cosmologia científica lida com essa questão é fundamentalmente diferente.
Vimos na seção anterior que a cosmologia moderna entende o conceito de totalidade como sendo o Universo, isto é, como o conjunto de todos os objetos que nos cercam e se influenciam mutuamente. Esse conjunto é como uma entidade física única, a qual pode ser descrita através de conceitos e métodos da geometria diferencial, cujos fundamentos foram estabelecidos por Georg F. B. Riemann (1826-1866), e variáveis físicas típicas, tais como densidade, energia e pressão. Essas últimas têm seu comportamento regido pelas soluções das equações diferenciais do campo gravitacional oriundas, em sua maioria da relatividade geral.6 A conceituação desse universo físico se desdobra, portanto, em dois pilares conceituais fundamentais, os quais, ao mesmo tempo que definem e descrevem este universo físico, também o sustentam. O primeiro é o empírico/observacional, isto é, aquilo que relaciona o universo físico com a natureza. O segundo é o representativo, onde se encontram a matemática e as teorias físicas subjacentes. Mais especificamente, podemos dizer que o universo físico da cosmologia moderna apoia-se sobre as seguintes bases:
Estes dois aspectos acima são fundamentais, intrínsecos e indissociáveis na cosmologia moderna. A geometria riemanniana contribui com a sua capacidade de formular e descrever precisamente conceitos como o de espaço infinito, porém limitado7, e a relatividade geral relaciona os conceitos matemáticos da geometria riemanniana com a física, isto é, com cálculos e resultados que podem ser medidos em experiências laboratoriais ou observações astronômicas. É importante mencionar que o sucesso da relatividade geral foi não somente o de dar um caráter físico a idéias que até então eram consideradas matemática pura, como prever efeitos que foram posteriormente observados, como o avanço do perihélio do planeta Mercúrio e a curvatura da luz das estrelas nas proximidades do sol. É esta combinação da física formulado em bases geométricas, a assim chamada geometrização da física, iniciada em 1908 pelo matemático alemão Hermann Minkowski (1864-1909), e que exprime a relatividade especial de Einstein em bases geométricas e efetivamente abre caminho para a relatividade geral, que permitiu que Einstein pudesse, nove anos depois, superar os problemas encontrados por seus antecessores, os quais tentarem construir uma cosmologia baseada na física de Newton, e aplicar a relatividade geral ao Universo, concebendo assim o primeiro modelo da cosmologia relativística.
Com relação à parte observacional, o Universo natural mais amplo possível deve ser incluído no universo físico, e por mais amplo possível deve-se entender o mais distante possível. Deve-se notar aqui que o termo "distância" deve ser entendido no seu sentido relativístico, ou seja, distância espacial e "distância" temporal. Isso significa que tanto os objetos situados longe de nós quanto os do nosso passado remoto, ambos fazem parte da totalidade cosmológica.
Daquilo que expusemos acima podemos concluir que não é possível haver uma distinção clara entre os conceitos físicos e os correspondentes modelos de universo. Os conceitos físicos, particularmente os providos pela relatividade geral, são necessários para se conceber e entender o universo físico. As teorias físicas tornam-se então irremediavelmente mescladas com as suas correspondentes aplicações, o que implica que no caso da cosmologia aquilo que entendemos por universo observável não pode existir independente de uma construção teórica. Anteriormente afirmamos que, antes do aparecimento da relatividade geral, não havia cosmologia, isto é, não havia a disciplina científica chamada de a física do Universo. Embora o Universo exista independentemente de nós, só se tornou possível sondá-lo e estuda-lo por meio de um aparato teórico, isto é, por meio da interpretação teórica. Assim, em cosmologia, como em toda e qualquer ciência, é a teoria que determina o que é observacional, ou mesmo o que é observável. Ao mesmo tempo, a cosmologia observacional sugere que partes da teoria necessitam de atualização revisão. Portanto, em cosmologia, teoria e observação interagem em mão dupla, uma modificando, concebendo e limitando a outra. O conceito de horizonte, que será discutido a seguir, mostra de forma enfática como em cosmologia se faz presente esta vinculação de definição e limitação entre teoria e observação.
Um dos postulados básicos da teoria da relatividade afirma que a velocidade da luz é constante. Todos os observadores, parados ou se movendo em velocidade constante, que estiverem realizando experimentos físicos para medir a velocidade da luz, obterão ao mesmo resultado. Este postulado foi enunciado por Einstein em 1905 quando publicou os primeiros resultados das suas pesquisas teóricas, que originaram a sua teoria da relatividade especial. Essa teoria é amplamente verificada experimentalmente, não restando dúvidas na comunidade científica acerca da sua validade. A velocidade da luz, embora muito alta, não é infinita. Assim, a transmissão de um sinal deve ocorrer em um tempo finito, para todos os observadores, pois todos medem o mesmo valor para esta velocidade.
Este postulado tem uma outra conseqüência importante. Suponhamos que uma estrela distante, por exemplo, na outra extremidade de nossa Galáxia, exploda em forma de uma supernova. Como a velocidade da luz é finita e a distância envolvida é imensa, a luz proveniente desta explosão demorará algum tempo para nos atingir. Este tempo dependerá da distância e pode ser equivalente a centenas de anos. Isto significa que por centenas de anos nós aqui na Terra não teremos nenhuma informação, a qual é "carregada" pela luz, acerca deste evento explosivo. Em outras palavras, algo terá ocorrido do outro lado de nossa Galáxia o qual demorará o tempo, talvez centenas de anos, que a luz percorre até nós para podermos tomar conhecimento da existência deste fenômeno. No jargão técnico da relatividade, diz-se que no momento da explosão esta estrela estava fora de nosso horizonte.
Os horizontes são uma conseqüência da finitude da velocidade da luz, e implicam que nós não temos conhecimento imediato de tudo o que ocorre no Universo. Só saberemos da existência de determinados fenômenos em nosso futuro. Esta é uma limitação teórica intrínseca à relatividade. Se, no entanto, a cosmologia concebe o Universo como um todo, a totalidade, e ao mesmo tempo concebe a existência de horizontes, é inescapável a conclusão de que, ao abordar regiões infinitamente distantes de nós, a cosmologia nos obriga a concluir que só saberemos algo sobre estas regiões em nosso futuro, já que atualmente elas estão fora de nosso horizonte. Este conceito, levado ao seu limite, diz que, se uma determinada região do universo enviar uma sinal que demore, digamos, um tempo superior ao da existência de nosso Sistema Solar, isto é, se o sinal só chegar à Terra quando o Sol e seus planetas não mais existirem, teremos então que aceitar a idéia de que podem existir regiões do universo suficientemente distantes sobre as quais nós nunca obteremos qualquer informação, pelo menos aquelas que viajam à velocidade da luz.8 Os horizontes implicam, portanto, em regiões que somente tornar-se-ão conhecidas futuramente, ou mesmo em regiões que permanecerão para sempre incognoscíveis. Sendo assim, o que chamamos de universo observável é apenas uma parte da totalidade universal. Em outras palavras, somente aquela região do Universo cuja luz hoje nos alcança.
Como vimos acima, o conceito de horizonte é intrínseco à cosmologia e, portanto, a teoria indica algumas de suas próprias limitações. No entanto, os horizontes não são os únicos conceitos onde, pode-se assim dizer, a teoria se auto-limita. As singularidades, isto é, regiões do espaço-tempo onde as grandezas físicas deixam de ser definíveis, também são limitações da teoria. Exemplos de singularidades são os objetos conhecidos como buracos negros e o próprio big bang. Ambos aparecem como resultados nas aplicações da relatividade geral. Sendo assim, então a seguinte questão se coloca: será possível evitar as singularidades da teoria da relatividade, através de alguma hipótese teórica, manipulação matemática, ou outra hipótese qualquer, ou serão as singularidades intrínsecas à relatividade, não podendo ser eliminadas? Nesse segundo caso então as singularidades serão intrínsecas à cosmologia.
Procurando responder a esta questão, Stephen Hawking e Roger Penrose obtiveram um conjunto de teoremas, conhecidos como teoremas de singularidades de Hawking-Penrose, os quais demonstram que as singularidades não podem ser removidas das teorias gravitacionais geométricas. Portanto, dentro da física que conhecemos, não há como evitar que modelos cosmológicos tenham um big bang e/ou um big crunch. À luz destes teoremas, não nos resta outra opção senão aceitar as singularidades e procurar interpretá-las no contexto das aplicações teóricas da relatividade geral.
Por exemplo, os buracos negros são considerados um estágio evolutivo de estrelas super-massivas, onde sua massa é tão grande que a atração gravitacional faz com que toda a estrela colapse sobre si mesma e se concentre em um ponto, o centro da estrela. Esse ponto é uma singularidade na medida em que o volume é zero e, portanto, a densidade deste objeto torna-se infinita. O mais bizarro é que a teoria da relatividade geral, quando aplicada a estes objetos, prevê que esta singularidade ficará envolvida por um horizonte. Por isso qualquer coisa, matéria ou luz, que caia em um buraco negro irá desaparecer. A matéria que um buraco negro pode conter torna-se infinita e, por estar envolvido por um horizonte, o buraco negro não nos fornece nenhuma informação acerca do que ocorre no seu interior.
No caso do big bang, ele é uma singularidade que aparece no limite de se olhar ao reverso o processo de expansão do universo. Sua interpretação, porém, é controversa. Se usarmos a teoria clássica, isto é, aquela na qual não é necessário levar em consideração os efeitos quânticos (que aparecem à escala atômica e sub-atômica), não podemos falar nada acerca da física do big bang, mas apenas na física após o big bang. Mas, como o universo diminui quando nos aproximamos do big bang, é possível supor que, em tamanhos extremamente pequenos, considerações quânticas sejam relevantes. De fato, o uso da física quântica foi capaz de levar as considerações físicas a tempos extremamente próximos ao big bang, mas nunca no big bang. Existem, no entanto, físicos que supõem que a física quântica é a única capaz de discutir o que é de fato o big bang. Mas, até o momento, isto é muito mais um desejo do que uma realidade, pois a cosmologia quântica, nome dado a essa possível teoria, ainda encontra-se restrita à física após o big bang. Alguns físicos são da opinião que a cosmologia quântica é o caminho a ser seguido para se tentar uma unificação entre as duas grandes teorias físicas do século XX: a física quântica e a relatividade geral. Tal unificação viria por meio da formulação de uma nova teoria, chamada de gravitação quântica, e o primeiro passo seria com a elucidação da física do big bang, isto é, com a cosmologia quântica. No entanto, tais teorias não foram ainda formuladas, e existem físicos que afirmam que uma gravitação quântica nunca poderá ser formulada pois, argumenta-se, a física quântica e a relatividade seriam intrinsicamente incompatíveis.
A controversa interpretação do big bang decorre de diferentes perspectivas epistemológicas, devido a duas possíveis maneiras de entendermos o que são teorias físicas. Se teorias físicas correspondem diretamente à natureza, temos, então, uma identificação entre teoria e objeto. Neste caso se estamos seguros de que há uma expansão e que vários dados relacionados são consistentes com esta idéia, então o big bang deve corresponder a algum efeito físico. Resta, portanto, desenvolver a física necessária para finalmente podermos entende-lo. Se, por outro lado, assumirmos que teorias físicas são representações da natureza, então o big bang é o local onde a física conhecida encontra os seus limites de validade, isto é, ela é intrinsicamente incapaz de discutir o big bang. Nada então podemos afirmar, a não ser que a nossa teoria não é conclusiva. Em outras palavras, concluiríamos que nada podemos concluir. Veremos a seguir que devemos na realidade assumir uma ou outra posição epistemológica para discutirmos o big bang. Acreditamos que a melhor maneira de entendermos teorias físicas é supondo-as serem representações.
Esta parte do trabalho deve ser considerada como uma tentativa de apresentar uma possível interpretação epistemológica para as seções anteriores. A rigor, estaremos agora fundamentando a nossa opção epistemológica, apresentada na introdução. Uma das principais idéias discutidas anteriormente diz respeito à maturidade da ciência. Defendemos a tese de que essa maturidade pode ser avaliada pelo fato de que a ciência só se sente em condições de fazer afirmações em certos domínios de validade. Em outras palavras, as leis e as teorias científicas referem-se, quando analisadas uma a uma, a setores específicos do real. Somos da opinião de que uma razão para isso é a seguinte: toda e qualquer teoria científica é uma representação dos fenômenos naturais. Não de todos, mas somente daqueles que interessam à física (ciência sobre a qual nos sentimos em condições de discutir).
A tese de que as teorias científicas são representações é antiga, remontando aos tempos da Grécia Clássica. No entanto, e no escopo do presente artigo, estaremos circunscritos ao período da ciência moderna, isto é, analisaremos apenas o período que se inicia com a Revolução Copernicana. Mesmo assim, não é nosso interesse, e nem poderia sê-lo, estudar detalhadamente toda essa época. Dentre as muitas possibilidades disponíveis nesse período, decidimo-nos restringir a quatro físicos: Galileu Galilei (1564-1642), Ludwig Boltzmann (1844-1906), Albert Einstein e William Stoeger. Esses quatro cientistas-filósofos nos são importantes porque eles, além de discutirem as idéias que compõem o escopo do presente artigo, o fizeram de uma maneira tal que torna possível a realização de nosso principal objetivo, a saber: contribuir para o diálogo entre ciência e teologia, tomando a filosofia como o elemento de ligação entre as duas. Nós queremos enfatizar que é a filosofia a responsável pela existência do diálogo. É da própria natureza da filosofia o estabelecimento deste tipo de diálogo. Basta relembrar o exemplo de Sócrates, Platão e do próprio Galileu para tornar claro aquilo que estamos afirmando; todos eles empregaram a forma do diálogo para exporem as suas idéias e convicções. Foi por meio do diálogo que eles seduziram os seus oponentes, tornando-os adeptos de suas teorias.
Mais especificamente, à filosofia cabe ainda uma outra função: mostrar inequivocamente que as teorias científicas são representações do real. No escopo delimitado pela ciência moderna, não há espaço para uma concepção de realismo como o aristotélico, isto é, essencialista. As essências, aquilo que faz com que o mundo seja o que ele é, não pode ser conhecido por meio dos procedimentos característicos da ciência moderna. No entanto, nem por isso, a ciência moderna se afirma como incapaz de conhecer o real. A ciência moderna nunca abrirá mão de sua pretensão em conhecer o real. Ela é realista: o real (ou natureza ou realidade ou ainda mundo externo) existe independentemente do sujeito cognoscente. Além dessa existência, independe também a inteligibilidade do mundo. Essas duas teses constituem o núcleo duro do "credo" realista.
Um texto galileano muito claro sobre a opção realista do físico italiano é a famosa carta que ele redigiu em 1615 para a Grã Duquesa da Toscana, Cristina de Lorena. Vejamos quais foram as palavras que Galileu escolheu para transmitir essas idéias. Com relação à existência independente do real, temos, por exemplo, o seguinte trecho, que se encontra logo no início da carta:
"Como bem sabe Vossa Alteza Sereníssima, descobri há poucos anos muitas particularidades no céu, que tinham permanecido invisíveis até esta época. Seja por sua novidade, seja por algumas conseqüências que delas decorrem, e que contrariam algumas proposições acerca da Natureza comumente aceitas pelas escolas dos filósofos, essas descobertas excitam contra mim um bom número de seus professores; quase como se eu, com minha própria mão, tivesse colocado tais coisas no céu, para transtornar a Natureza e as ciências." (Galileu, p. 98, grifos nossos)
No trecho acima, Galileu defende-se da acusação de ter inventado as novas descobertas astronômicas. Ele não as inventou e nem as construiu. A sua mão e o seu intelecto eram insuficientes para tanto. Para o pensador italiano, Deus era o criador do universo. Sobre esse ponto específico, não pode permanecer dúvida alguma. Galileu sempre foi um católico respeitoso da importância da Igreja e nunca pretendeu colocar em xeque a sua autoridade no que diz respeito a assuntos religiosos.
Na carta em questão, Galileu, e esta é uma das razões que o transformaram em um dos chamados pais da ciência moderna, defende a necessidade de estabelecermos limites entre as investigações dos teólogos e aquela outra realizada pelos astrônomos e filósofos naturais (como eram denominados os cientistas em seu tempo). Ele vai mais além, afirmando a necessidade de se estabelecer uma inversão na ordem do estudo da natureza. Se, até a sua época, a religião e a teologia detinham uma primazia (ou preferência) com relação à astronomia e à filosofia natural - as suas conclusões tinham que ser levadas em consideração quando o tema era a natureza -, agora, a partir das descobertas que ele, Galileu, realizou, é claro que, confirmando muitas das verdades do sistema copernicano, não deveria a possibilidade de que "...nas discussões de problemas concernentes à Natureza, não se deveria começar com a autoridade de passagens das Escrituras, mas com as experiências sensíveis e com as demonstrações necessárias." (op. cit., p. 103)
Galileu continua em sua profissão de fé realista e em prol da autonomia entre as diferentes áreas do conhecimento. Assim, um pouco mais abaixo encontramos a seguinte declaração:
"... sendo a Natureza inexorável e imutável e jamais ultrapassando os limites das leis a ela impostas, como aquela que em nada se preocupa se suas recônditas razões e modos de operar estão ou não estão ao alcance da capacidade dos homens; parece, quanto aos efeitos naturais, que aquilo que deles a experiência sensível nos coloca diante dos olhos, ou as demonstrações necessárias [as conclusões obtidas através do raciocínio matemático] nos fazem concluir, não deve de modo nenhum ser colocado em dúvida, menos ainda condenado, através de passagens da Escritura que tivessem aparência distinta nas palavras." (op. cit., p. 103, grifos nossos)
Ao afirmar que a natureza, ou real, é imutável e inexorável, conclui Galileu que nós, os seres humanos, não temos como modificá-la no âmbito de suas essências e muito menos criá-la. O comportamento da natureza é sempre o mesmo. Empregando um termo contemporãneo: o comportamento da natureza é regular. E é precisamente essa regularidade que funda sua inteligibilidade, permitindo ao homem conhecê-la verdadeiramente. A independência da natureza é reforçada quando Galileu diz que ela não se preocupa se somos, ou não, capazes de compreendê-la. Será por nossa própria conta e risco que conseguiremos, ou não, conhecê-la. Mas, para que isso possa se tornar uma realidade, temos que modificar a nossa atitude cognoscente; precisamos ser ativos e reconhecer que somos responsáveis, em parte, pelo conhecimento que alcançamos da natureza. É necessário, pois, aliar experimentação à matemática.
A posição de Galileu a respeito da necessidade de distinguir filosofia natural e teologia é admiravelmente sintetizada por ele no trecho em que lemos as seguintes palavras: "... a intenção do Espírito Santo é ensinar-nos como se vai para o céu e não como vai o céu."
Após Galileu e com as realizações de cientistas e filósofos como Descartes, Newton, d'Alembert, Kant e muitos outros, passou a ser "evidente" que a ciência e a religião trilhavam caminhos diferentes e mesmo opostos e antagônicos. É freqüente encontrarmos referências à rivalidade entre as duas; rivalidade que, em alguns momentos, foi compreendida como uma verdadeira guerra. Com este texto, esperamos mostrar, o mais claramente possível, que não compartilhamos dessa opinião.
Atemorizado de que as teses energeticistas pudessem ganhar força suficiente entre os cientistas a ponto de excluir o atomismo do cenário científico, Boltzmann escreve, em 1896, um artigo reafirmando a sua crença, já conhecida por todos, de que o atomismo é inevitável nas ciências naturais. Esse trabalho de Boltzmann foi explicitamente escrito para refutar algumas das principais idéias de Ostwald, que era o seu mais importante adversário energeticista. Além disso, esse mesmo texto significava a continuação de um debate público acontecido um ano antes por ocasião da reunião anual dos cientistas naturais alemães (Videira 1995). Uma das principais razões que motivaram Boltzmann a defender o atomismo era o seu temor de que a consagração do energeticismo, ou seja, o seu acolhimento por grande parte dos cientistas, acarretasse necessariamente a marginalização do atomismo. Caso isso acontecesse, Boltzmann acreditava que um clima dogmático inevitavelmente instalar-se-ia na ciência, o que, sem sombra de dúvida, implicaria na extinção de toda e qualquer possibilidade de progresso científico. Isto porque, tal como no mundo natural, no mundo das teorias científicas, caberia à competição entre teorias desempenhar o papel fomentador do progresso (evolução). É a tentativa de mostrar que uma representação é melhor, ou mais adequada, do que outra que faz com que o cientista a aperfeiçoe.
A principal tese epistemológica adotada por Boltzmann afirmava que toda teoria científica é uma representação da natureza. No nosso caso, ela é importante porque, para Boltzmann, significava que as teorias científicas são desprovidas de conteúdo ontológico, aqui compreendido em sentido forte. Em outras palavras, aquilo que constitui real e verdadeiramente a natureza é, e permanece para sempre, incognoscível para os cientistas (Videira 1992, 1993). Além disso, Boltzmann defendia a idéia de que as representações são livres criações dos cientistas, o que o colocava em um campo oposto ao de, por exemplo, Mach, que acreditava que seria possível formular descrições diretas daquilo que é percebido com o uso dos órgãos sensoriais. Ao afirmar que as teorias científicas são criações livres dos cientistas, Boltzmann enfatiza que é impossível o trabalho científico sem o recurso a conceitos teóricos, os quais devem a sua origem ao fato de que é impossível a elaboração de toda e qualquer teoria científica a partir da mera observação dos fatos naturais. Por exemplo, o conceito de atração gravitacional, na física de Newton, resulta da liberdade que os cientistas possuem para representar a natureza, pois pela mera observação da queda dos corpos não é possível elaborar um conceito como este.
Tal como era afirmado pelo próprio Boltzmann essa tese não era nova. Antes dele, Kant e Maxwell haviam afirmado o mesmo. Alguns contemporâneos de Boltzmann, tal com Hertz e Helmholtz, também compartilhavam, em termos bastante próximos, dessa mesma idéia.
A principal conclusão a ser retirada dessa tese é de que não pode haver, no plano da ciência, nenhuma teoria que seja eternamente verdadeira. A verdade é provisória. Sendo assim, ela pode ser "alcançada" de diversas maneiras, ou seja, através de teorias diferentes. Melhor dizendo, Boltzmann acreditava que um mesmo conjunto de fenômenos naturais poderia ser explicado a partir da adoção de perspectivas não só distintas, mas até mesmo excludentes. A escolha de uma teoria dependeria de vários fatores, inclusive de preferência epistemológica. Essa tese é comumente denominada de pluralismo teórico.
No contexto cosmológico, trata-se, então, de, em primeiro lugar, procurar distinguir aquilo que verdadeiramente constitui a natureza de nossas teorias, isto é, de nossa representações. Assim, adotamos a seguinte diferença para os termos 'Universo' e 'universo'. O primeiro termo, com `U' maiúsculo, refere-se ao aspecto da natureza a partir do qual a nossa interação gera uma base empírica sobre a qual os diferentes modelos (teóricos) são construídos, enquanto que o segundo, com `u' minúsculo, refere-se ao modelo propriamente dito. Por meio dessa distinção, podemos afirmar que, tendo as teses de Boltzmann em mente, os diferentes modelos teóricos mencionados acima são então modelos de universo, isto é, modelos cosmológicos, ou simplesmente cosmologias. Conseqüentemente, o pluralismo teórico simplesmente nos diz que existem diversas cosmologias, onde cada uma adota uma representação do Universo, sendo que a verdadeira natureza desse último é incognoscível. Quando falamos de universo, estaremos sempre fazendo-o no contexto de uma determinada teoria ou modelo que, por definição, não terá nenhum conteúdo ontológico definitivo e excludente. Em outras palavras, como existem diversas cosmologias, temos diversas representações do Universo, ou seja, diversos universos.
As diversas cosmologias devem estar em competição entre si, e como nenhuma pode ser confundida com o Universo, nenhuma cosmologia é derradeira, mas apenas provisoriamente a melhor. É a nossa interação (observacional, experimental) com o Universo que fornece a base empírica, sobre a qual as cosmologias são criadas; sendo essa nossa interação essencialmente sensorial e tecnológica, a própria evolução tecnológica modifica essa base empírica relacionada ao Universo, gerando, por conseguinte, as condições para a transformação, parcial ou completa, dos modelos cosmológicos. Da mesma forma, a própria diversidade tecnológica disponível produz diferentes interações e, consequentemente, diferentes bases empíricas, que leva a diferentes representações do Universo. É por isso que o simples lançamento de um satélite artificial, como o COBE, pode ter um efeito dramático em cosmologia.
Do exposto acima, podemos concluir que o melhor antídoto contra o dogmatismo na cosmologia encontra-se na mudança de atitude que deve ser adotada pelos cosmólogos, mudança esta que se dá através da adoção do pluralismo teórico como estrutura epistemológica da pesquisa em cosmologia. Por meio desta tese é possível evitar a crença enraizada e injustificada em idéias cuja razão de ser nada mais são do que crenças pessoais. Essas últimas são, conforme Boltzmann, necessárias, e talvez imprescindíveis, na elaboração das diferentes representações da natureza pois essa elaboração é conseqüência da livre criação dos cientistas. Porém, por definição, as crenças pessoais estarão restritas aos modelos teóricos e, na melhor das hipóteses, elas poderão apenas gerar melhores (ou piores) representações da natureza, jamais podendo ser confundidas com o "verdadeiro" Universo, já que sua verdadeira essência é, por definição, incognoscível.
Uma vez que nenhuma teoria científica pode atingir os níveis dos porquês e dos constituintes últimos dos fenômenos naturais, segue-se que nenhuma teoria científica pode afirmar conhecer verdades imutáveis. Empregando a nossa própria terminologia, quanto maior o número de teorias à disposição dos cientistas, maiores são as chances de se obterem melhores representações dos fenômenos naturais.
O conhecimento científico é melhor caracterizado por uma busca incessante e sem fim por melhores, mas nunca definitivas, representações dos fenômenos naturais. A substituição de uma teoria científica por outra, característica principal da ciência moderna, obra permanentemente em aberto, só pode acontecer caso assegure-se que nenhuma teoria científica pode alcançar o estágio de definitivamente verdadeira. Em outras palavras, uma teoria científica pode ser melhor do que outra e nada mais do que isso.
Sendo um teoria científica uma representação daquilo que se quer observar e experimentar no Universo, ela nada mais pode almejar a ser do que uma explicação temporária. Assim, ela já nasce condenada a desaparecer. A ironia, sempre presente, reside no fato de que nenhum cientista pode afirmar, com precisão, quando é que ocorrerá a superação de uma teoria, a não ser que ele adote uma postura dogmática ... .
No caso específico da cosmologia, cremos que seria fundamental que os cosmólogos reconhecessem explicitamente que suas teorias e modelos sobre o Universo nada mais são do que representações. Essa situação significa que os objetos do discurso desses mesmos modelos e teorias constituem, na verdade, universos. Essa distinção é muito importante pois é ela que assegura à cosmologia a certeza de que as suas representações não são definitivas; o que, como já vimos, conduz à possibilidade da instauração, não de um clima dogmático, mas de um outro, onde coexistiriam teorias e modelos diferentes. Finalmente, é reconhecendo que o Universo é diferente de universo que pode a cosmologia escapar das mazelas do dogmatismo, beneficiando-se do pluralismo teórico.
Einstein não é, em nossa opinião, importante apenas porque, com a sua TRG, tornou possível, em termos científicos, a investigação de temas e questões cosmológicas. Físico de primeiríssima qualidade, ele foi igualmente um pensador sutil e perspicaz. Após uma aproximação com o Positivismo de Ernst Mach (1838-1916) em sua primeira fase científica, Einstein, e devido ao seu trabalho com a elaboração da TRG, não apenas abandonou o pensamento machiano mas o renegou publicamente:
"Em geral, os físicos da época [séculos XVIII e XIX] acreditavam de bom grado que os conceitos e as leis fundamentais da física não constituem, no sentido lógico, criações espontâneas do espírito humano, mas antes que se pode deduzi-los por abstração, portanto por um recurso da lógica. Na verdade, somente a teoria da relatividade geral [TRG] reconheceu claramente o erro dessa concepção." (Como vejo o mundo, p. 149)
Einstein recusava-se submeter a razão aos ditames da observação, pois, segundo ele, os princípios, que constituem o arcabouço das teorias científicas, não são alcançados por meio da observação dos fenômenos naturais. Antes pelo contrário. Não existe método pronto e acabado para se chegar à formulação dos princípios: "Porque não existe método que se possa aprender ou sistematicamente aplicar para alcançar um objetivo." (op. cit., p. 142) Segundo o criador da TRG, não é a razão isoladamente ou a experiência também em separado da primeira que determinam as verdades a respeito da natureza. Galileu é, para Einstein, com justiça o pai da física moderna porque se bateu em favor da união da experiência com a lógica ou raciocínio dedutivo. Mesmo tendo que prestar o devido respeito à experiência, pois afinal o pensamento lógico, por si mesmo, não pode oferecer nenhum conhecimento tirado do mundo da experiência", o homem, em particular o físico teórico, pode "formar, de qualquer maneira, mas segundo a sua própria lógica, uma imagem simples e clara do mundo." (op. cit., p. 147 e p. 138, grifo nosso)
Em nossos dias, uma figura merecedora de todo o interesse é o físico, cosmólogo e teólogo jesuíta William Stoeger. Para nós, Stoeger, mesmo talvez sem o pretender explicitamente, pode ser compreendido como um herdeiro de Galileu, Boltzmann e Einstein, na medida em que as suas preocupações e, acima de tudo, as suas posições são extremamente semelhantes. As posições e reflexões de Stoeger sobre o tema que estamos ora desenvolvendo são equilibradas e fecundas, já que ele respeita as particularidades de cada uma das partes envolvidas, e sem esse respeito nada poderá ser alcançado no que diz respeito a uma justa apreciação do que cabe à ciência e à filosofia.
Stoeger parte da constatação, a qual certamente não é nova para nós e para os nossos leitores, de que, sendo uma teoria científica uma representação da natureza, a ciência não pode afirmar como é de fato (ou realmente) a natureza. Em outras palavras, a ciência não pode explicar essencial e definitivamente como é a natureza. A bem da verdade, no que concerne este ponto, Stoeger não alimenta nenhuma intenção em ser original. Ao repetir teses já conhecidas por Galileu, Boltzmann e Einstein, mesmo sem citá-los explicitamente, o cientista e teólogo norte-americano procura dar um outro alcance a essa tese, na medida em que ela possibilita a compreensão de que a ciência não conseguirá explicar jamais, ou simplesmente descrever, os fenômenos vinculados à espiritualidade. Esta última "atua" em um domínio diferente da ciência:
"The interest of spirituality is very different [daquele da ciência] - it is to know and to respond personally and communally to God in the fullest possible way." (Stoeger 1996, p. 63)
O fato de os domínios da teologia (o espiritual) e da ciência (o natural) serem diferentes é igualmente objeto das preocupações de Stoeger. Aliás, não constitui exagero afirmar que o estabelecimento dessa distinção é a sua primeira preocupação e, o que é uma hipótese nossa, ele crê que essa é a principal contribuição que ele dá para o estabelecimento de um diálogo entre ciência e teologia. Assim, o primeiro tópico discutido por Stoeger é o seguinte:
"... I shall discuss the laws of nature - particularly their ontological status - which I believe is a fundamental issue that must be resolved for genuine progress towards integration and for a fruitful re-articulation of divine action against the backdrop of our scientific description of nature and its processes." (p. 7)
Estabelecido que os objetos das ciências naturais não podem ser confundidos com os da religião - qualquer tentativa atentaria contra o autêntico espírito da ciência moderna -, Stoeger preocupa-se em esclarecer qual é o domínio de atuação da espiritualidade:
"Strictly speaking, the knowledge deriving from spirituality is not as specialized as that coming from the sciences, and it is much more directly personal and social in its origin, in its relevance and in its engagement (consequences). Spirituality is essentially concerned with our experience of, and our response to, those elements which function as absolutes in our conscious lives, or reveal the absolute, and give ultimate meaning and orientation to the way we live, as individuals and as communities." (p. 61)
Apesar de estabelecer diferenças irredutíveis entre a ciência, a teologia e a religião, Stoeger adverte que essas duas últimas não podem dar as costas aos desenvolvimentos e aos resultados obtidos pela primeira. Como já havia sido afirmado por Galileu no início do século XVII, o religioso e cosmólogo norte-americano estabelece o mesmo tipo de vínculo entre essas disciplinas:
"... the way we interpret Scripture today and the way we do philosophy and theology today indirectly depend a great deal on advances in many other disciplines, including the natural and the human sciences." (p. 60)
A frase que se segue imediatamente é bastante esclarecedora das propostas de Stoeger, e, sob este aspecto, ele se aproxima bastante de Boltzmann. Ao contrário do que se pode pensar, a potência da ciência decorre do fato de que as suas afirmações só são verdadeiras se elas estiverem relacionadas com os seus domínios de validade. Essa limitação, que é intrínseca à ciência e a toda e qualquer outra forma de conhecimento humano, mostra que, para poder integrar todas as áreas em que pode exercer alguma influência, é missão, ou tarefa, do ser humano estabelecer um diálogo entre elas. A base para o diálogo, o que evita que ele seja um diálogo de surdos, está no fato de que, em toda e qualquer época, todas as áreas do conhecimento humano se influenciam, já que participam de uma visão de mundo comum:
"The limits of a particular area - and the focus and the evidential grounds proper to it - are only discovered through interaction with other areas. All areas of knowledge share a common cultural field, at least, and mutually influence one another in variety of ways." (p. 60)
A filosofia deve ser compreendida como o principal instrumento para possibilitar e fortalecer o diálogo entre ciência e teologia. Aliás, na determinação dessa função para a filosofia, Stoeger aproxima-se de uma corrente atual de pensamento (cf. texto de J. B. Libânio presente neste volume), a qual assume explicitamente que não é possível conhecer o que quer que seja sem a participação da razão humana. Mas não apenas da razão humana: valores, conhecimentos prévios, experiência pessoais e privadas integram o arsenal de instrumentos à disposição do homem para elaborar e validar o conhecimento:
"It is an illusion to believe that these incredibly rich representations of the phenomena are unconstructed isomorphisms we merely discover in the real world. Instead they are constructed - ... - and there is no evidence that they are isomorphic with structures in the real world as it is itself." (p. 19)
Voltemos, todavia, ao papel a ser cumprido pela filosofia na intermediação entre a ciência e a teologia. Como já o afirmamos anteriormente, a filosofia é, aos olhos de Stoeger, a responsável por este mesmo diálogo, o qual poderá ser difícil já que, por serem relativamente próximas, ainda que independentes e complementares, apresentam afirmações que se sobrepõem. O conflito resultante, espera-se, será criativo, o que significa o desdobramento de novos modos de interação e cooperação entre a ciência e a teologia.
Uma outra tarefa relevante da filosofia, a qual, inclusive, possibilitará que se avalie a sua "eficiência", é a de respeitar a complementariedade entre a ciência, mais especificamente a cosmologia, e a teologia. Elas são complementares porque ambas nos fornecem diferentes perspectivas da mesma realidade experimentada (CNTS, p. 2). A filosofia pode realizar esse papel porque:
"In this dialogue - and indeed in any reflection on what either cosmology or theology is doing or capable of doing - philosophy will be a crucial intermediary, both at the level of ordinary language analysis and at the level of epistemology and metaphysics. This is because those who engage in cosmological research and those who do theology both maintain important, though usually unarticulated, assumptions about reality and our knowledge of it, and both use language which reflects those deeper assumptions. All of us have an implicit philosophy. If the dialogue between the two communities is to be fruitful, it must address rather frequently the compatibility and the acceptability of these basic assumptions from the point of view of both disciplines. They must be subjected to an ongoing critique." (CNTS, p.2)
Resumindo, a totalidade do universo só se tornará compreensível caso o ser humano mostre-se capaz de reunificar, religando-as, as suas duas dimensões mais fundamentais e conhecidas: a intelectual e a espiritual.
Como vimos ao longo do presente artigo, assumir que "discutir a origem física do Universo é o mesmo que investigar a sua criação" consiste em um uso indevido das teses e dos conceitos do modelo padrão da cosmologia moderna. À medida que "se aproxima" dos instantes imediatamente próximos ao momento da grande explosão, a física subjacente ao modelo padrão deixa de ser válida. Em outras palavras, e indiretamente ao ponto que aqui nos interessa, a física atualmente conhecida não pode explicar o que ocasionou o big bang. Apesar de ser um resultado científico, e como tal passível de ser revisto e mesmo abandonado, ele passa com freqüência despercebido, o que faz com que os físicos confundam os seus modelos de universo com o Universo. Uma possibilidade de evitar esse erro situa-se na tese de que todas e qualquer teoria científica é uma representação.
A filosofia desempenha, nesses casos, um papel preponderante porque mostra aos cientistas que eles estão ultrapassando os limites de validade de suas teorias. Em outros termos, nesses casos estão os cientistas descaracterizando as identidades científico-epistemológicas de suas teorias e consequentemente da ciência. Uma vez mais, a filosofia pode desempenhar papel importante, pois é ela que, segundo Galileu, Boltzmann, Einstein e Stoeger, pode manter viva a idéia de que as teorias científicas só fazem sentido no interior de certos domínios.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer à Sociedade de Teologia e Ciências da Religião (SOTER) e, em particular, ao seu presidente, Fr. Luiz Carlos Susin, pelo convite para participar do Congresso Mysterium Creationis e a oportunidade de apresentar as idéias contidas neste artigo. Agradecemos também ao Prof. Dr. Hugo Assman pelas suas críticas procedentes, feitas por ocasião do debate em Cachoeira do Campo. Um de nós (AAPV) tem sido apoiado por uma bolsa PCI do Ministério de Ciência e Tecnologia.
Bibliografia
1 Alexander A. Friedmann (1888-1925) foi o matemático russo que primeiro propôs, em 1922 e 1924, soluções das equações da relatividade geral nas quais o Universo não era considerado estático, como Einstein fez em seu modelo original, mas em expansão. Estas soluções de Friedmann mostraram que não era necessário utilizar um termo cosmológico na relatividade geral para se poder estudar o Universo, como Einstein fez em seu artigo de 1917. Curiosamente, Einstein reagiu de forma tão desfavorável à sugestão de Friedmann de que o Universo poderia se expandir que publicou um artigo afirmando que se tratava de uma solução espúria pois conteria cálculos incorretos. No entanto, mais surpreendentemente ainda, foi o próprio Einstein quem cometeu erros de cálculo em sua análise do trabalho de Friedmann, tendo se retratado por escrito alguns meses depois. Friedmann, no entanto, não chegou a saber que seu trabalho se tornaria um dos principais em cosmologia moderna pois morreu de febre tifóide, logo após a publicação de seu segundo artigo sobre cosmologia, em um surto epidêmico ocorrido na caótica situação vivida pela Rússia após a revolução de 1917 e subsequente guerra civil. O mesmo tipo de solução contendo expansão foi independentemente proposta pelo físico, matemático e padre belga Georges E. Lemaître (1894-1966) em 1927 e 1929. Ao contrário de Friedmann, Lemaître porém não se restringiu apenas em obter uma solução matemática, mas analisou suas implicações físicas e chegou à conclusão de que poderia ter existido um átomo primordial a partir do qual o Universo teria se expandido. Finalmente, em 1935 o matemático norte-americano H. P. Robertson e o matemático inglês Arthur G. Walker demonstraram independentemente que as soluções de Friedmann e Lemaître eram as mais gerais compatíveis com a idéia de homogeneidade e isotropia.
2 A chamada cosmologia inflacionária sustenta que o universo deve ser plano. Tal modelo se baseia em argumentos provenientes da física de partículas elementares e prevê que em um passado remoto o processo de expansão teria sido extremamente rápido, porém ocorrido em um período muito pequeno de tempo, ou seja, teria havido uma rápida "inflação" do universo, de onde o termo se originou. Uma das escolas atuais em cosmologia sustenta que modelos do tipo inflacionário (há vários sub-modelos dependendo do tipo específico de equações com que se iniciam os cáculos, todos porém contendo uma expansão rápida em um período remoto) são a melhor maneira de se estudar a física do universo. Obviamente que os argumentos desta escola são questionados por outras, que sustentam o contrário.
3 Apesar de o termo "big bang" ter por "grande explosão" o seu equivalente em português, a expressão em inglês tornou-se hoje tão notória e auto-explicativa que nos parece apropriado manter o termo original.
4 Uma discussão semi-técnica e epistemológica da inapropriedade da gravitação Newtoniana em lidar com sistemas infinitos pode ser encontrada em Kerszberg (1987). Uma discussão mais técnica, porém introdutória, onde também se discutem algumas conseqüências epistemológicas, pode ser vista em Ribeiro (1994).
5 Ver North (1965) para uma exposição da história da cosmologia Newtoniana no período pré-relatividade geral.
6 O termo "em sua maioria" se justifica pelo fato de que existem outras teorias de gravitação além da relatividade geral, mas que também são formuladas a partir de idéias geométricas, seguindo o caminho pioneiro trilhado por Einstein, e que, portanto, também fazem parte da cosmologia científica moderna. No entanto, nenhuma destas teorias alternativas de gravitação tem uma aceitação tão ampla na comunidade científica quanto a relatividade geral. Várias delas são hoje consideradas, para todos os efeitos práticos, como teorias mortas.
7 Uma maneira simples de entender esta idéia é a de pensarmos em uma formiga caminhando sobre a superfície de uma laranja. O "espaço" em que a formiga pode caminhar, a superfície da laranja, é infinito pois ela pode andar eternamente dando voltas sobre esta superfície, mas ao mesmo tempo limitado pois a formiga não pode sair da superfície da laranja.
8 Desde o aparecimento da teoria da relatividade que se especula que podem existir partículas que viajam a velocidades maiores que a da luz, os táquions. No entanto, até hoje não há qualquer evidência experimental acerca da existência destas partículas. Mas, mesmo que existam eles não eliminariam a existência de horizontes pois tais partículas não carregariam informação.
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