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OPINIÃO

João Luiz Kohl Moreira

05/11/01


O Calibre na Física

Uma das mais intrigantes questões que são colocadas na física é a questão do "calibre", ou, no "cientificês", o gauge (pronuncia-se guêidje). Calibre ou gabarito pode ser entendido como um instrumento ou medida que serve de referência, comparação de valores obtidos por meio de alguma ferramenta. O termo "calibrar" o pneu é um exemplo. Por meio do "calibrador" regulamos a pressão do ar dentro do pneu. Quando pedimos para o frentista do posto calibrar o pneu, em geral, ele pergunta: "Quanto?" ao que respondemos, por exemplo, 27. O que o frentista vai fazer é colocar a mangueira com pressão na válvula de seu pneu e vai consultar o manômetro que indica a pressão em libras por polegada quadrada. Daí vem o termo "calibrar", ou "colocar nas libras corretas". Para traduzir o termo gauge, do inglês, mais correto seria o uso de "gabarito", pois, não necessariamente o que estamos tratando mede-se em libras. Ao frentista pediríamos para "gabaritar" os pneus. Hoje em dia, tal termo é usado apenas para os testes com melhores resultados nas salas de aula.

Em física, o problema do gauge, ou gabarito, traduz-se na determinação de valores do campo. Por exemplo, na superfície terrestre o valor do campo gravitacional da terra é de 9,8 m/s². Digamos que, para todos os efeitos, a força que age sobre você, devido à soma de todos os campos gravitacionais do universo seja de algo bem próximo ao valor de 9,8 m/s². Será? Se o cálculo for na base da física clássica, isso não será verdade. De fato, teoricamente, a soma de todos os campos gravitacionais do universo, no infinito é... infinito! Isso, com certeza, é uma contradição. Fisicamente, poderíamos considerar que a soma de todos os campos magnéticos de fontes muito distantes de nós provoca um campo infinitamente grande. Em verdade, uma pequena flexão de abdômem nos faria explodir. A teoria da relatividade geral de A. Einstein acabou por resolver esse paradoxo, mas isso não impediu dos físicos se perguntarem "qual é o valor do campo no infinito". Essa é uma questão de vital importância na física. De maneira geral, o físico trata esse problema sob o sugestivo tema "condições de contorno". É sabido que sem tratar destas tais condições, você não resolveu o problema. É o mesmo que projetar uma piscina sem paredes. Uma piscina só se define pelos contornos que a limitam. Assim é a física. Um problema físico só se define pelos seus contornos.

Era prática indiscriminada impor, por exemplo, que o campo no infinito fosse nulo. Tal prática foi posta em questão na primeira metade do século passado e desde então uma nova ciência se delineou. De forma geral, tudo isso é tratado sob o tema Teoria do Campo Unificado. Esse foi o interesse derradeiro de Einstein na física. Nessa questão ele trabalhou até o último minuto de sua vida. A teoria do campo trata, pois, entre outras coisas, das condições de contorno dos campos e, sobretudo, do tratamento unificado dos campos. Einstein acreditava que todos os campos de força podiam ser tratados sob apenas um formalismo1.

Uma versão fenomenológica de um aspecto do problema de gauge pode ser dada da seguinte maneira. As experiências em grandes aceleradores como o Fermilab ou o CERN2. O que se viu, entre outras coisas (o artigo O Big Bang e a Teoria da Inflação descreve rapidamente um dos produtos dos experimentos executados nesses centros de pesquisa) foi a geração expontânea de um par de partículas de matéria e anti-matéria. O mais incrível é que essas partículas pareciam ter sido lançadas com fortes componentes na vertical da direção em que o choque foi efetuado. Isso trouxe um problema para os físicos teóricos. Enquanto a chamada "lei da conservação da quantidade de movimento", a lei da conservação da carga e outras grandezas sujeitas à lei da conservação não são violadas, pois duas partículas de mesma massa e carga e outras propriedades absolutamente iguais e opostas eram lançadas em direções opostas, o que é violado aí é a "lei da conservação da energia"! Taí uma coisa que é indiscutível para o físico. A energia, e sobretudo a energia, tem que ser sempre conservada. Primeiramente, é para isso que ela foi inventada, no século XVIII. Dizem os historiadores da ciência que essa grandeza apareceu inspirada nos procedimentos contábeis dos banqueiros e guarda-livros. É bem sabido pelos economistas que a soma de tudo o que é produzido subtraida de tudo o que é consumido deve dar zero. Isso, é claro, para o que o físico chama de sistema simples fechado. No universo dos economistas isso quer dizer que para um país ou estado que não exporta nem importa isso é verdadeiro. Excluidos os casos, prudência exige, dos produtos estocados e as operações de crédito antecipado, etc, etc. Essas são as complicações que devem ter assustado Max Plank. Conta a lenda que esse famoso físico alemão, o primeiro a enunciar a física quântica, prêmio Nobel de Física, teria dito, certa vez, que seu primeiro interesse foi a economia. Como ele achou essa cadeira muito difícil, resolveu seguir a carreira de físico.

Dizia, então, que o conceito de energia está ligado indistintamente com a idéia da conservação. Sem conservação, a energia não oferece qualquer interesse. Então, como entender o fenômeno de geração expontânea de partículas e anti-partículas. Por questões práticas o físico, sempre que depara com uma violação da conservação de energia, sabe que um fenômeno novo foi observado. Ele sempre favorece o princípio da conservação. A essa postura ele chama de "descartar a necessidade de uma nova física". Para que a física, isto é, o corpo atual de teorias válidas, mantenha-se em pé, o físico, diante da violação de um princípio qualquer de conservação, prefere anunciar um fenômeno novo. Só que desta vez a coisa não foi tão simples. Foi necessário lançar mão das discussões a respeito da teoria de gauge ou a teoria do calibre. A questão, neste caso, é o nível zero da energia.

A discussão passou, então, a ser: existe energia sobrando? Quando, finalmente, lá onde todos os campos estão suficientemente enfraquecidos haveria ainda energia? E se não há campo não haverá matéria! O vácuo, afinal, é ausência de matéria? Ou ausência de energia? A visão que se tem, hoje, para a criação desse nosso universo é que uma "bolhinha" de energia teria se destacado do mar de energia existente e que independe do universo e isso seria o suficiente para se iniciar o processo de expansão, com o esfriamento e os "congelamentos" que se seguiram de deram origem às grandezas que conhecemos (ver mais em O Big Bang e a Teoria da Inflação). O porque desse "descolamento" de energia ninguém sabe e, provavelmente, ninguém saberá. Só se sabe que não foi necessário descolar muita energia para se iniciar um processo em cascata. Pois é justamente aí é que mora o perigo.

Mas, a pergunta que se fizeram os físicos, diante do aparecimento desses pares de partícula-antipartícula é se tal não se deve a uma infima "agitação" no mar de energia. É preciso notar que essa geração induzida de matéria tem uma vida muito efêmera. Alguns milionésimos de segundo. Tão logo a antipartícula é criada ela se choca com a primeira partícula que encontra e elas se auto-aniquilam, gerando energia e neutrinos, partículas sem quase ou nenhuma massa que transportam energia praticamente se interagirem com nada. Sua existência foi, primeiramente, observada pela aparente violação da conservação da quantidade de movimento no decaimento de partículas pesadas.

Uma vez resolvida a questão da aparição do par partícula e antipartícula, com suas implicações na teoria do calibre, surge uma outra atual, de ordem ética e que parece até absurda. Com a capacidade de gerar energias cada vez maiores em laboratório, teme-se chegar ao nível daquela que gerou o nosso universo. Esse é o perigo que citei a pouco. Se não foi necessário muita intensidade de energia, bastando que se chegue a um nível pequeno, apenas, para gerar um novo universo, pergunta-se o quanto estamos nós perto de criar um novo universo. Qual seria o resultado? Bem, de minha parte, creio que não estaremos aqui, nem eu para lhes comunicar, e nem você, nem ninguém para ler.





1Mais detalhes em A Simetria das Forças.

2Uma breve descrição desses centros pode ser encontrado em O Big Bang e a Teoria da Inflação.