Capítulo 5: Passando o filme de trás para a frente

Noite 44: Um dia de listas de verificação

O quadragésimo quarto dia de Noor foi passado quase inteiro com listas de verificação. Dali a uma semana, ela e Tomás sairiam da estação numa caminhada espacial para substituir uma peça gasta na parte de fora da estrutura da estação. Uma caminhada espacial costuma durar seis ou sete horas, e quase cada minuto dela é planejado com antecedência. Aquele era um dia de preparação: verificar os dois trajes espaciais, carregar as baterias, testar os rádios e separar cada ferramenta de que eles iriam precisar.

Um traje espacial é, na verdade, uma pequena nave espacial com forma de gente. Ele mantém o ar numa pressão segura, retira o gás carbônico que a pessoa expira, resfria o corpo com água que corre por tubos finos numa roupa usada por baixo e protege contra a luz feroz do Sol e o frio profundo da sombra. Noor e Tomás examinaram cada parte devagar. As luvas foram verificadas em busca dos menores cortes. As luzes do capacete foram testadas. Cada ferramenta recebeu um cordão curto, chamado de cabo de segurança, para que nada pudesse flutuar para longe no espaço.

Havia também regras para o corpo. Antes de sair, a tripulação respiraria oxigênio puro por um bom tempo para retirar parte do nitrogênio do sangue, porque o traje funciona com uma pressão mais baixa que a da estação. Sem esse passo, poderiam se formar bolhas no corpo, mais ou menos como as bolhas que aparecem quando você abre uma garrafa de água com gás. As equipes em solo tinham escrito cada passo desse processo na lista de verificação. Tomás lia cada linha em voz alta, Noor a cumpria e dizia “feito”, e ele passava para a linha seguinte.

À tarde, eles vestiram os trajes para um treino dentro da estação. Vestir um traje espacial leva muito tempo e exige um segundo par de mãos, então Ade ajudou um de cada vez, conectando mangueiras e travando o anel do capacete no lugar. Dentro do traje, o mundo ficou mais silencioso, e os únicos sons eram o zumbido do ventilador e as vozes no rádio. Noor treinou mover os dedos rígidos dentro das luvas em volta dos cabos das ferramentas, e Tomás treinou a ordem em que eles abririam a escotilha, verificariam os cabos de segurança e sairiam seguindo os corrimãos. Uma voz em solo acompanhava cada passo, fazendo perguntas e confirmando cada resposta. Quando enfim tiraram os trajes, os dois estavam suados e com fome.

À noite, os dois trajes estavam prontos, pendurados na pequena sala chamada câmara de descompressão como duas figuras brancas e altas. Noor se sentia agradavelmente cansada, como a gente se sente depois de um dia de trabalho cuidadoso que não deixa espaço para erros. Antes de dormir, ela leu o plano do dia seguinte e, mais uma vez, o plano da caminhada espacial, do fim para o começo. Tomás lhe tinha ensinado esse hábito: quando você conhece um procedimento de frente para trás, percorra-o de trás para a frente, para ver como cada passo depende do anterior.

Ler a lista de trás para a frente a fez pensar na história da noite. Numa noite anterior, ela tinha contado a Sami que as galáxias estão se afastando. Esta noite ela faria o que os astrônomos fizeram em seguida: passar o filme de trás para a frente, para ver aonde ele leva.

O que acontece quando você volta o filme

Imagine que você tem um filme do universo, gravado ao longo de bilhões de anos, e o assiste ao contrário. No filme normal, as galáxias vão se afastando enquanto o espaço se estica entre elas. No filme ao contrário, elas vão se aproximando. Quanto mais você volta, mais perto elas chegam. Grupos de galáxias que hoje estão separados por centenas de milhões de anos-luz estariam, no passado distante, muito mais perto das suas vizinhas.

Continue voltando, e outra coisa acontece. As próprias galáxias são feitas de estrelas, gás e poeira. Enquanto o filme corre para trás, toda essa matéria é espremida num espaço cada vez menor. E, quando a matéria é espremida, ela esquenta. Você conhece isso por causa da bomba de bicicleta, que fica quente quando você bombeia com força, ou do jeito como o ar de um pneu esquenta quando é enchido depressa. No filme invertido do universo, o aperto vai muito além de qualquer coisa que uma bomba consegue fazer. O universo fica cada vez mais quente.

Em algum ponto da volta, fica quente demais para que existam estrelas e galáxias. Mais para trás ainda, fica quente demais até para os átomos. Tudo é uma mistura brilhante de partículas minúsculas e luz, muito mais quente do que o centro do Sol. Volte o filme até cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, e o universo está tão quente e tão denso que as nossas leis da física atuais já não conseguem descrevê-lo com segurança. É ali que o filme, tal como o conhecemos, começa.

Esse é o raciocínio básico por trás da ideia de um começo quente. Ele não se baseia em adivinhar como era o começo. Baseia-se em pegar o que vemos hoje, a expansão, e segui-la com cuidado para trás usando as leis conhecidas da física. Cada passo pode ser verificado. Esse raciocínio prevê coisas que podemos de fato encontrar hoje? Nas próximas noites, veremos que sim. Mas, nos anos que se seguiram à descoberta de Hubble, isso ainda não estava claro, e muitos cientistas achavam a ideia de um começo muito incômoda.

Há também um limite para o quanto podemos confiar na volta do filme. Para as temperaturas e densidades que os cientistas conseguem criar ou medir na Terra, em laboratórios e em grandes máquinas, as leis da física estão bem testadas, e seguir o filme para trás através dessas condições é razoavelmente seguro. Além delas, o raciocínio fica menos certo, e no começo propriamente dito ele falha por completo. Por isso, a história do começo é contada com mais confiança nas partes que correspondem a condições que podemos testar, e com cada vez mais cuidado à medida que se aproxima do primeiro instante. Em noites futuras, vamos conhecer cada uma dessas etapas, uma de cada vez.

O átomo primordial

A primeira pessoa a levar a volta do filme a sério foi Georges Lemaître, o padre e professor de física que já tinha sugerido, em 1927, que o universo está se expandindo. Em 1931, ele foi além. Se o universo está se expandindo, escreveu, então no passado distante ele deve ter sido muito pequeno e denso. Propôs que o universo começou a partir de um único estado extremamente denso, que chamou de “átomo primordial”. Imaginou que esse primeiro estado se partiu, como um átomo enorme se dividindo em pedaços menores, e que a partir desses pedaços o universo cresceu.

Os detalhes de Lemaître não eram exatamente os aceitos hoje. Ele não tinha o conhecimento sobre partículas e átomos que veio depois, e o seu quadro do primeiro estado era diferente do quadro moderno. Mas a ideia principal dele estava certa: o universo tem uma história e, no começo dessa história, estava num estado muito denso, bem diferente do de hoje. Ele foi o primeiro a dizer com clareza que a expansão aponta para um começo.

Vale a pena reparar em quem era Lemaître. Ele era um padre que também trabalhava como cientista e professor. Algumas pessoas da época achavam que a ideia dele de um começo podia ter vindo da sua religião. O próprio Lemaître tinha o cuidado de manter as duas coisas separadas. Ele via o começo do universo como uma questão para a física, a ser julgada pelas evidências, e não o usava para provar nem refutar nenhuma crença. É um bom exemplo para qualquer pessoa que pense nessas questões hoje. A ciência pode descrever como o universo mudou. Questões de sentido e de fé são de outro tipo, e cada pessoa as aborda do seu jeito.

No começo, muitos cientistas não gostaram da ideia de um começo. Um universo que sempre tivesse existido, sem nenhum início, parecia a eles mais simples e mais natural. Outros objetavam que a idade do universo calculada a partir das primeiras medições de Hubble era curta demais, mais curta até do que a idade da Terra medida pelos geólogos. Esse problema vinha das distâncias de Hubble, que eram pequenas demais, e desapareceu quando elas foram corrigidas. Mas, durante alguns anos, fez a ideia de um começo parecer duvidosa.

Um universo sem começo

Em 1948, um grupo de cientistas apresentou uma ideia rival. Eles aceitavam que as galáxias estão se afastando. Mas sugeriram que o universo não teve começo e não teria fim. À medida que as galáxias se espalham, diziam, nova matéria surge muito devagar no espaço vazio entre elas, tão devagar que ninguém jamais conseguiria detectá-la diretamente, talvez um único átomo aqui e ali ao longo de períodos enormes. Dessa nova matéria se formam novas galáxias, que preenchem os vazios. Nesse quadro, o universo sempre tem, em média, a mesma aparência, em qualquer época. Ela foi chamada de teoria do estado estacionário.

A ideia do estado estacionário não era tola. Era engenhosa, foi trabalhada com cuidado e fazia previsões claras, que é exatamente o que uma boa ideia científica deve fazer. Os defensores dela gostavam do fato de ela não precisar de um primeiro instante misterioso. Um dos seus defensores mais conhecidos era Fred Hoyle, um astrônomo que também era um escritor popular e um falante animado no rádio. Numa noite mais adiante vamos encontrá-lo de novo, porque ele também deu grandes contribuições para entendermos como os elementos são feitos nas estrelas.

Foi Hoyle quem deu à ideia rival o seu nome famoso. Numa palestra no rádio em 1949, ele descreveu a ideia de um começo quente como um “Big Bang”. Muita gente disse que ele quis usar o nome como piada contra a ideia de que discordava. O próprio Hoyle disse mais tarde que só queria uma imagem viva para os ouvintes. Seja qual for a intenção dele, o nome pegou e hoje é usado em toda parte, até pelos cientistas, para a ideia que ele esperava que se mostrasse errada.

Assim, no começo dos anos 1950, havia dois quadros sérios do universo. Num deles, o universo começou num estado quente e denso e vem mudando desde então. No outro, o universo não tem começo e sempre tem a mesma aparência. Os dois concordavam com a expansão de Hubble. Para escolher entre eles, os cientistas precisavam de algo mais: uma pista que um quadro previsse e o outro não.

Olhando para trás, é fácil dividir as pessoas desta história em vencedores e perdedores. Mas não é assim que a ciência funciona de verdade. A teoria do estado estacionário obrigou os defensores de um começo quente a afiar as suas ideias e a procurar evidências com mais empenho. Perguntas levantadas pelos seus defensores levaram a trabalhos úteis, inclusive ao grande trabalho do próprio Hoyle sobre os elementos. Uma ideia rival, defendida com cuidado, não é uma inimiga. É uma espécie de colega que faz as perguntas difíceis que todos os outros prefeririam evitar, como aquela pessoa em qualquer equipe que sempre pergunta: “Mas a gente já conferiu?”

Decidindo com evidências

Os dois quadros faziam previsões diferentes sobre o passado. No quadro do estado estacionário, o universo sempre teve a mesma aparência, então galáxias muito distantes, vistas como eram há muito tempo, deveriam se parecer bastante com as próximas. No quadro do começo quente, o universo mudou com o tempo, então o universo distante e primitivo deveria parecer diferente do universo de hoje.

Um teste veio da radioastronomia, que cresceu depressa depois dos anos 1940. Os radiotelescópios conseguem detectar galáxias que emitem ondas de rádio fortes. Quando os radioastrônomos dos anos 1950 e do começo dos anos 1960 contaram essas fontes, descobriram que parecia haver mais delas longe, ou seja, há muito tempo, do que perto. O universo do passado não tinha a mesma aparência do universo de hoje. Isso era um problema para o quadro do estado estacionário, embora os seus defensores discutissem sobre como interpretar as contagens.

Em 1963, outra descoberta aumentou o problema. Os astrônomos encontraram um novo tipo de objeto, extremamente brilhante e extremamente distante, que passou a ser chamado de quasar. Hoje sabemos que os quasares são os centros brilhantes de galáxias distantes, onde quantidades enormes de gás estão caindo em direção a buracos negros gigantes. O que importava para a discussão era onde eles eram encontrados. Os quasares são vistos a grandes distâncias, ou seja, há muito tempo, mas não há quasares desse tipo perto de nós. O universo de muito tempo atrás os tinha, e o universo de hoje não tem. Mais uma vez, o passado parecia diferente do presente.

O quadro do começo quente também fazia uma previsão muito mais marcante. Se o universo jovem era muito quente, ele estaria cheio de luz brilhante, como o interior de uma fornalha. À medida que o universo se expandia e esfriava, essa luz não desapareceria. Seria esticada e enfraquecida, mas ainda deveria estar presente hoje, preenchendo todo o espaço e vindo de todas as direções. Em 1948, alguns físicos previram essa luz que sobrou. Se alguém a encontrasse, seria muito difícil para o quadro do estado estacionário explicá-la.

Por mais de quinze anos depois da previsão, ninguém foi procurá-la de forma séria. Os instrumentos da época não eram sensíveis o bastante, e muitos cientistas não levavam a previsão muito a sério. Então, em 1965, ela foi encontrada, quase por acaso, por dois engenheiros que tentavam resolver um problema prático numa antena. Essa descoberta, a luz mais antiga do universo, é a história da próxima noite deste livro.

Repare em como essa discussão foi resolvida. Não foi resolvida por quem tinha as palavras mais inteligentes ou os defensores mais famosos. Foi resolvida porque as duas ideias faziam previsões diferentes, e as pessoas foram lá e mediram. Esta talvez seja a lição mais importante de toda a história do começo. A ciência não é uma disputa de opiniões. É uma maneira de deixar que o próprio universo decida.

Antes de dormir

Noor escreveu para Sami antes de apagar a luz. “A história desta noite: se as galáxias estão se afastando agora, elas estavam mais perto no passado, e mais para trás ainda tudo estava espremido e muito quente. Um padre que ensinava física chamou o primeiro estado de átomo primordial. Uma ideia rival dizia que o universo não teve começo nenhum. O nome Big Bang foi dado por um homem que não acreditava nele. A discussão foi resolvida com evidências, e da próxima vez eu conto como.”

Sami respondeu durante o intervalo daquela noite. Disse que no depósito dele, quando alguma coisa dava errado numa entrega, os motoristas sempre discutiam de quem era a culpa, e o gerente sempre dizia a mesma coisa: “Parem de discutir e olhem o rastreamento.” Ele achava que os astrônomos tinham feito a mesma coisa. Noor sorriu e concordou. Depois pensou de novo na caminhada espacial e em quanto depende, em qualquer tipo de trabalho, de conferir em vez de supor.

Antes de ela dormir, Tomás bateu de leve na parede da cabine dela para dar boa-noite. Contou que uma vez tinha trabalhado com um engenheiro que costumava dizer que uma lista de verificação é uma conversa com todas as pessoas que cometeram erros antes de você. Noor gostou disso. De certa forma, pensou ela, toda a história da ciência era uma lista de verificação desse tipo, escrita por pessoas que tinham errado, perceberam o erro e passaram adiante o que aprenderam.

Se você tiver um minuto esta noite, pense em alguma coisa do seu próprio dia de trabalho que você entendeu melhor percorrendo-a de trás para a frente: um erro que você rastreou até a causa, uma tarefa que você planejou a partir do fim. Esse tipo de pensamento é exatamente o que os astrônomos fizeram com o universo. Pegaram a expansão que podiam ver hoje e perguntaram, com paciência, o que deve ter vindo antes.

Equívocos comuns

Muita gente imagina que o universo começou como um ponto minúsculo flutuando num vasto espaço vazio, como um pontinho brilhante no meio de uma sala escura, e depois cresceu para fora até preencher a sala. Não é isso que diz a ideia de um começo quente. Até onde sabemos, não havia sala. Não havia nenhum espaço vazio do lado de fora do universo primitivo, esperando para ser preenchido. O universo primitivo era quente e denso em toda parte, e o próprio espaço vem se esticando desde então. Se o universo é infinito hoje, como pode ser, então provavelmente também era infinito naquela época, só que muito mais denso. O que era muito pequeno era a parte que depois se tornou o universo que conseguimos ver.

Muita gente também toma o nome Big Bang ao pé da letra e imagina uma explosão barulhenta, com um centro e um som. Mas não houve estrondo nenhum no sentido comum. O som precisa de ar ou de outro material para se propagar, e não havia ouvinte nem um lado de fora de onde ouvi-lo. Também não havia centro, como as passas no pão crescendo mostraram na noite anterior. O nome veio de uma palestra no rádio de um homem que preferia outra ideia. É um rótulo útil, e nós o usamos neste livro, mas ele descreve o começo mais ou menos tão bem quanto um apelido descreve uma pessoa.

Um terceiro equívoco comum é achar que a teoria do Big Bang explica o que causou o começo do universo. Ela não explica. A teoria descreve como o universo mudou desde um estado inicial muito quente e denso até o universo que vemos hoje, e descreve isso muito bem. Mas, sobre o primeiríssimo instante, e sobre o que veio antes dele, se é que veio alguma coisa, a teoria não diz nada confiável. As nossas leis da física atuais param de funcionar quando tentamos aplicá-las ali. Os cientistas dizem com honestidade que essa parte ainda não é conhecida. O que eles podem testar é o que aconteceu depois, e o primeiro grande teste veio em 1965, de um chiado fraco numa antena, que é onde começa a história da próxima noite.