O Estado de São Paulo, 12 de fevereiro de 2012 | 3h 04

Missão: descrever as leis da natureza

Instituto de física teórica criado em São Paulo congregará pesquisadores
dedicados a elucidar os segredos do universo e da matéria

Herton Escobar

Procura-se: físico teórico. Função: elucidar as leis
fundamentais que descrevem a estrutura e o funcionamento do universo e de todas
as suas partes.

Esta, dita de forma bem genérica, poderia ser a
descrição de emprego dos cinco pesquisadores que serão selecionados por um
comitê internacional de físicos para compor o quadro de cientistas permanentes
do novo Instituto Sul-Americano de Pesquisa Fundamental (SAIFR), inaugurado na
semana passada em São Paulo. Fruto de uma parceria com o Instituto de Física
Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), o instituto é a
primeira filial “estrangeira” do conceituado Centro Internacional de Física
Teórica (ICTP), em Trieste, na Itália.

Suas instalações surpreendem pela simplicidade: um
corredor estreito e sem enfeites, até um tanto claustrofóbico, nos fundos da
biblioteca do prédio do IFT, ao lado da estação Barra Funda do Metrô. Nada de
laboratórios, lasers ou qualquer tipo de máquina mirabolante. Só mesas, lousas e
computadores, em aparente paradoxo com a complexidade dos temas que se planeja
estudar ali. Mas não importa. Na física teórica, a única máquina essencial é
aquela que cada pesquisador carrega dentro de sua cabeça: o cérebro humano.
Acompanhado de duas ferramentas básicas: papel e caneta.

Nathan Berkovits, professor do IFT e diretor do novo
instituto, nunca sai de casa sem o seu caderninho de anotações. É lá que ele
rascunha diariamente uma série de equações supercomplexas, buscando peças para o
quebra-cabeça matemático que há décadas é considerado o maior desafio da física
teórica: a unificação das leis da relatividade geral (que descreve os movimentos
de planetas e galáxias, por exemplo, baseada na gravitação) e da mecânica
quântica (que descreve o comportamento das partículas elementares, como fótons e
elétrons). Ambas funcionam bem isoladamente, mas não em conjunto. Como se fossem
duas pessoas conversando sobre um mesmo assunto em línguas diferentes.

Berkovits, mais especificamente, estuda a chamada
“teoria das supercordas”, que propõe que as partículas elementares da matéria
não são objetos pontuais, como minúsculas “bolinhas de bilhar”, mas cordas
vibratórias, parecidas com fios de espaguete, mais minúsculas ainda. E que as
diferentes partículas que compõem os átomos e observamos na natureza (elétrons,
prótons, fótons, etc.) são todas, na verdade, manifestações distintas dessa
mesma matéria-prima.

“Cada vibração da corda representa uma partícula”,
explica Berkovits. “Da mesma forma que uma corda de violino produz notas
diferentes, dependendo da maneira como ela vibra.”

A teoria das supercordas é vista por muitos como a
proposta mais promissora de unificação das quatro forças da natureza: a
gravitacional (descrita pela relatividade geral), a eletromagnética, a forte e a
nuclear fraca (descritas pela mecânica quântica).

Na teoria, as supercordas resolvem o problema. Na
prática, o problema é outro. Ao contrário das duas teorias que ela tenta
unificar – amplamente testadas e confirmadas experimentalmente ao longo das
últimas décadas -, a teoria das supercordas é tão complexa que ninguém ainda
conseguiu bolar um experimento capaz de testar suas previsões. Assim, é
impossível saber “na prática”, por enquanto, se ela está correta ou não.

É nesse ponto que a relação entre a física teórica e
a experimental se torna explícita. São ciências distintas, mas que dependem
intrinsecamente uma da outra e se retroalimentam. “Se você destaca totalmente
uma da outra, vira engenharia e matemática”, diz o físico Sérgio Novaes, do IFT,
que transita pela teoria e pela experimentação.

O trabalho do teórico, essencialmente, é escrever
fórmulas que descrevem fenômenos da natureza. Com base nessas equações, é
possível fazer previsões, que podem ser testadas experimentalmente. Se os
resultados batem com as previsões, é sinal de que a teoria está correta. Se não,
é sinal de que ela está errada ou imperfeita ou que o experimento foi mal feito.
Da mesma forma, pode-se fazer o caminho inverso, em que resultados experimentais
“inexplicáveis” semeiam o desenvolvimento de novas teorias.

A existência de buracos negros, por exemplo, foi
prevista primeiro na teoria e só depois confirmada experimentalmente, por meio
de observações astronômicas. Por outro lado, sabemos, graças à observação de
supernovas e galáxias distantes, que o universo está se expandindo em ritmo
acelerado – descoberta que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2011 -, mas
ninguém tem ainda uma teoria coerente capaz de explicar o porquê.

“Até temos uma teoria que funciona para isso, chamada
de constante cosmológica. O problema é que ela está em contradição com tudo mais
que conhecemos da física”, diz o pesquisador Luis Raul Abramo, do Instituto de
Física da Universidade de São Paulo (USP).

Linguagem matemática. Com mais letras e símbolos que
números, as equações que fundamentam a física teórica parecem mais escrituras de
um dialeto alienígena que matemática. Um não físico que encontrasse o caderninho
de Berkovits perdido na rua, por exemplo, seria incapaz de decifrar uma única
linha do que está escrito ali. Os físicos teóricos, porém, leem equações como
músicos leem partituras musicais. Algo como pode soar tão simples quanto 2 +2 =
4.

“As pessoas costumam dizer que uma imagem vale por
mil palavras. Pois então, uma fórmula vale por 1 milhão de imagens”, diz o
argentino Juan Maldacena, físico teórico do Instituto de Estudos Avançados de
Princeton, nos Estados Unidos, e representante sul-americano no comitê diretivo
do ICTP-SAIFR.

Por mais malucas e “desconectadas do mundo real” que
as equações possam parecer, elas tratam de questões elementares da nossa
existência. Como surgiu o universo? Do que ele é feito? Como era no passado e o
que vai acontecer com ele no futuro? Como os átomos e as partículas interagem
para formar a matéria? Como se formam as galáxias, as estrelas e os planetas? O
que acontece com a matéria que cai dentro de um buraco negro? É possível viajar
no tempo? Perguntas que já passaram pela cabeça de muita gente, seja por
questões científicas, filosóficas, religiosas ou por pura curiosidade.

“Escrevemos fórmulas para descrever como a natureza
funciona”, diz Maldacena. Dependendo do que está sendo descrito, a teoria pode
ter aplicações práticas. Transistores e circuitos integrados, por exemplo, têm
raízes na física teórica de matéria condensada. Mas não necessariamente. “Nosso
objetivo é avançar no conhecimento. Aplicações tecnológicas podem até resultar
disso, mas essa não é a motivação primordial (do físico teórico)”, diz Maldacena.

Também não é o que está motivando a Fundação de
Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) a investir cerca de R$ 5
milhões no ICTP-SAIFR, segundo seu diretor científico, Carlos Henrique de Brito
Cruz. “É importante valorizar a ciência que ajuda a humanidade a ficar mais
sábia, sem se preocupar necessariamente com quantos empregos serão gerados ou
quantas tecnologias isso vai criar. É esse tipo de contribuição que esperamos
desse instituto”, disse Brito Cruz (que também é físico), na cerimônia de
inauguração.

A Fapesp bancará bolsas para nove pós-doutorandos e
três professores visitantes, que se somarão aos cinco permanentes que serão
contratados nos próximos cinco anos, com recursos da Unesp. A seleção dos
permanentes será feita por um comitê de físicos renomados do Fermilab, do
Instituto Kavli, Princeton e das Universidades de Chicago e Cambridge. Para as
duas primeiras vagas, o instituto recebeu 60 aplicações – a grande maioria de
candidatos estrangeiros.

Na teoria, pelo menos, tem tudo para ser um sucesso.

Por trás da equação

A equação mostrada na foto acima parece simples, mas
o conhecimento embutido nela é vasto e complexo. Ela sintetiza o “modelo
padrão”, teoria que descreve as três forças fundamentais da física de
partículas: eletromagnética, forte e fraca. “Essas três forças são descritas por
um objeto F (em inglês, field strength), e o movimento de partículas na presença
dessas forças vem de uma lagrangiana L satisfazendo a equação L = F F”, resume o
físico Nathan Berkovits.