As grandes incógnitas da ciência: 20 perguntas não resolvidas

De que é feito o universo?

LONDRES – Os astrônomos enfrentam um embaraçoso enigma: eles não sabem do que 95 por cento do universo é feito. Os átomos, que formam tudo o que vemos à nossa volta, representam apenas uns míseros 5 por cento. Nos últimos 80 anos, tornou-se claro que o restante substancial é composto por duas entidades sombrias – matéria escura e energia escura. A primeira, descoberta pela primeira vez em 1933, atua como uma cola invisível, ligando galáxias e aglomerados de galáxias juntos. Revelada em 1998, a última está empurrando a expansão do universo para velocidades cada vez maiores. Astrônomos estão se aproximando das verdadeiras identidades destes interlopers invisíveis.

Como a vida começou?

Há quatro bilhões de anos, algo começou a mexer na sopa primordial. Alguns químicos simples se juntaram e fizeram biologia – as primeiras moléculas capazes de se replicar apareceram. Nós humanos estamos ligados por evolução a essas moléculas biológicas precoces. Mas como é que as substâncias químicas básicas presentes na Terra cedo espontaneamente se organizaram em algo parecido com vida? Como é que conseguimos ADN? Como eram as primeiras células? Mais de meio século depois que o químico Stanley Miller propôs a teoria “sopa primordial” dele, nós ainda não podemos concordar sobre o que aconteceu. Alguns dizem que a vida começou em piscinas quentes perto de vulcões, outros que foi desencadeada por meteoritos que atingiram o mar.

Estamos sozinhos no universo?

Talvez não. Os astrônomos têm vasculhado o universo em busca de lugares onde os mundos aquáticos poderiam ter dado origem à vida, desde Europa e Marte em nosso sistema solar até planetas a muitos anos-luz de distância. Os radiotelescópios têm escutado os céus e em 1977 foi ouvido um sinal com as marcas potenciais de uma mensagem alienígena. Os astrônomos agora são capazes de sondar as atmosferas de mundos alienígenas em busca de oxigênio e água. As próximas décadas serão uma época emocionante para ser um caçador alienígena com até 60 bilhões de planetas potencialmente habitáveis apenas na nossa Via Láctea.

O que nos torna humanos?

Apenas olhar para o seu DNA não lhe dirá – o genoma humano é 99% idêntico ao de um chimpanzé e, já agora, 50% ao de uma banana. Nós temos, no entanto, cérebros maiores do que a maioria dos animais – não os maiores, mas embalados com três vezes mais neurônios do que um gorila (86 bilhões para ser exato). Muitas das coisas que em tempos pensávamos distinguir-nos – linguagem, uso de ferramentas, reconhecimento ao espelho – são vistas em outros animais. Talvez seja a nossa cultura – e o seu efeito subsequente nos nossos genes (e vice versa) – que faz a diferença. Os cientistas pensam que cozinhar e o nosso domínio do fogo pode ter-nos ajudado a ganhar cérebros grandes. Mas é possível que nossa capacidade de cooperação e troca de habilidades seja o que realmente faz deste um planeta de humanos e não de macacos.

O que é a consciência?

Ainda não estamos realmente certos. Nós sabemos que tem a ver com diferentes regiões do cérebro ligadas em rede em vez de uma única parte do cérebro. O pensamento diz que se descobrirmos quais os pedaços do cérebro envolvidos e como o circuito neural funciona, descobriremos como a consciência emerge, algo com o qual a inteligência artificial e as tentativas de construir um cérebro neurônio por neurônio podem ajudar. A questão mais difícil, mais filosófica, é porque qualquer coisa deve ser consciente em primeiro lugar.

Uma boa sugestão é que integrando e processando muita informação, assim como focalizando e bloqueando em vez de reagir às entradas sensoriais que nos bombardeiam, podemos distinguir entre o que é real e o que não é e imaginar múltiplos cenários futuros que nos ajudam a nos adaptar e sobreviver.

Por que sonhamos?

Passamos cerca de um terço de nossas vidas dormindo. Considerando o tempo que passamos fazendo isso, você pode pensar que saberíamos tudo sobre isso. Mas os cientistas ainda estão à procura de uma explicação completa sobre o porquê de dormirmos e sonharmos. Os subscritores das opiniões de Sigmund Freud acreditavam que os sonhos eram expressões de desejos não realizados – muitas vezes sexuais – enquanto outros se perguntam se os sonhos são algo mais do que disparos aleatórios de um cérebro adormecido.

Estudos anímicos e avanços em imagens cerebrais levaram-nos a uma compreensão mais complexa que sugere que sonhar pode desempenhar um papel na memória, na aprendizagem e nas emoções. Os ratos, por exemplo, têm mostrado que reproduzem suas experiências de acordar em sonhos, aparentemente ajudando-os a resolver tarefas complexas como navegar em labirintos.

Por que há coisas?

Você realmente não deveria estar aqui. O “material” de que você é feito é matéria, que tem uma contraparte chamada antimatéria, que difere apenas em carga elétrica. Quando se encontram, ambos desaparecem num flash de energia.

As nossas melhores teorias sugerem que o big bang criou quantidades iguais dos dois, ou seja, toda a matéria deveria ter encontrado desde então a sua contraparte de antimatéria, afundando os dois e deixando o universo inundado apenas com energia. Claramente a natureza tem um viés sutil para a matéria, caso contrário você não existiria. Os investigadores estão a filtrar dados do Grande Colisor de Hadrões a tentar perceber porquê, com super-simetria e neutrinos os dois principais concorrentes.

Existem outros universos?

O nosso universo é um lugar muito improvável. Altere alguns dos seus cenários, mesmo que ligeiramente, e a vida como a conhecemos torna-se impossível. Numa tentativa de desvendar este problema de “afinação fina”, os físicos estão cada vez mais se voltando para a noção de outros universos. Se existe um número infinito deles num “multiverso”, então cada combinação de cenários seria jogada em algum lugar e, claro, você se encontra no universo onde você é capaz de existir. Pode parecer loucura, mas evidências da cosmologia e da física quântica apontam nessa direcção.

Onde colocamos todo o carbono?

Nos últimos cem anos, temos vindo a encher a atmosfera com dióxido de carbono – libertando-o através da queima de combustíveis fósseis que uma vez trancaram o carbono sob a superfície da Terra. Agora temos que colocar todo esse carbono de volta, ou arriscar as consequências de um clima mais quente. Mas como fazemos isso? Uma ideia é enterrá-lo em velhos campos de petróleo e gás. Outra é escondê-lo no fundo do mar. Mas não sabemos quanto tempo ficará lá, ou quais serão os riscos. Entretanto, temos de proteger as reservas naturais e duradouras de carbono, tais como florestas e turfeiras, e começar a produzir energia de uma forma que não se desgaste ainda mais.

Como é que obtemos mais energia do sol?

A diminuição das reservas de combustíveis fósseis significa que precisamos de uma nova forma de alimentar o nosso planeta. A nossa estrela mais próxima oferece mais do que uma solução possível. Já estamos aproveitando a energia do sol para produzir energia solar. Outra idéia é usar a energia da luz solar para dividir a água em suas partes componentes: oxigênio e hidrogênio, que poderiam fornecer um combustível limpo para os carros do futuro. Os cientistas também estão trabalhando em uma solução energética que depende da recriação dos processos que acontecem dentro das próprias estrelas – eles estão construindo uma máquina de fusão nuclear. A esperança é que estas soluções possam satisfazer as nossas necessidades energéticas.

O que há de tão estranho nos números primos?

O facto de poder comprar com segurança na Internet é graças aos números primos – aqueles dígitos que só podem ser divididos por eles próprios e um. A criptografia de chave pública – a batida do coração do comércio na Internet – usa números primos para criar chaves capazes de bloquear suas informações sensíveis de olhos curiosos. E no entanto, apesar da sua importância fundamental para a nossa vida quotidiana, os primes continuam a ser um enigma. Um padrão aparente dentro deles – a hipótese de Riemann – tem atormentado algumas das mentes mais brilhantes da matemática durante séculos. No entanto, até agora, ninguém foi capaz de domar a sua esquisitice. Fazendo isso pode apenas quebrar a internet.

Como vencer as bactérias?

Antibióticos são um dos milagres da medicina moderna. A descoberta de Sir Alexander Fleming, galardoado com o Prémio Nobel, levou a medicamentos que combateram algumas das doenças mais mortais e tornaram possível a cirurgia, os transplantes e a quimioterapia. No entanto, este legado está em perigo – na Europa cerca de 25.000 pessoas morrem todos os anos de bactérias multirresistentes. Nosso pipeline de medicamentos vem cuspindo há décadas e temos piorado o problema por meio da prescrição excessiva e do uso indevido de antibióticos – estima-se que 80% dos antibióticos dos EUA vão para impulsionar o crescimento dos animais de criação. Felizmente, o advento da sequenciação do ADN está a ajudar-nos a descobrir antibióticos que nunca soubemos que as bactérias pudessem produzir. Juntamente com métodos inovadores, se bem que grosseiros, como o transplante de bactérias “boas” de matéria fecal, e a busca de novas bactérias nas profundezas dos oceanos, ainda podemos nos manter a par nesta corrida armamentista com organismos de 3 bilhões de anos, nossos veteranos.

Os computadores podem continuar ficando mais rápidos?

Nossos comprimidos e smartphones são mini-computadores que contêm mais poder de computação do que os astronautas levaram à lua em 1969. Mas se queremos continuar a aumentar a quantidade de poder de computação que carregamos nos bolsos, como vamos fazer isso? Há apenas tantos componentes que você pode encher em um chip de computador. O limite foi atingido, ou há outra forma de fazer um computador? Os cientistas estão considerando novos materiais, como carbono atomicamente fino – grafeno – assim como novos sistemas, como computação quântica.

Curaremos o câncer?

A resposta curta é não. Não uma única doença, mas um grupo solto de muitas centenas de doenças, o câncer existe desde os dinossauros e, sendo causado por genes haywire, o risco está fortemente interligado em todos nós. Quanto mais tempo vivemos, mais provável que algo possa correr mal, de várias maneiras. Pois o cancro é um ser vivo – sempre em evolução para sobreviver.

Já, embora incrivelmente complicado, através da genética estamos a aprender cada vez mais sobre o que o causa, como se propaga e como se propaga e melhora no seu tratamento e prevenção. E saiba isto: até metade de todos os cancros – 3,7 milhões por ano – são evitáveis; deixar de fumar, beber e comer moderadamente, manter-se activo, e evitar a exposição prolongada ao sol do meio-dia.

Quando posso ter um mordomo robot?

Os robôs já podem servir bebidas e transportar malas. A robótica moderna pode nos oferecer uma “equipe” de robôs especializados individualmente: eles preparam seus pedidos da Amazônia para a entrega, ordenham suas vacas, classificam seu e-mail e o transportam entre os terminais do aeroporto. Mas um robô verdadeiramente “inteligente” requer de nós a quebra de inteligência artificial. A verdadeira questão é se você deixaria um mordomo robótico sozinho na casa com a sua avó. E com o Japão visando ter ajudantes robóticos cuidando de seus idosos até 2025, estamos pensando muito nisso agora.

O que há no fundo do oceano?

Noventa e cinco por cento do oceano está inexplorado. O que há lá em baixo? Em 1960, Don Walsh e Jacques Piccard viajaram sete milhas para baixo, para a parte mais profunda do oceano, em busca de respostas. A viagem deles empurrou os limites do esforço humano, mas deu-lhes apenas um vislumbre da vida no fundo do mar. É tão difícil chegar ao fundo do oceano que, na maior parte do tempo, temos de recorrer ao envio de veículos não tripulados como batedores.

As descobertas que fizemos até agora – desde peixes bizarros como o barreleye, com a sua cabeça transparente, até um potencial tratamento para o Alzheimer feito por crustáceos – são uma pequena fracção do estranho mundo escondido debaixo das ondas.

O que está no fundo de um buraco negro?

É uma pergunta que ainda não temos as ferramentas para responder. A relatividade geral de Einstein diz que quando um buraco negro é criado por uma estrela moribunda e em colapso, ela continua caindo até formar um ponto infinitamente pequeno, infinitamente denso chamado de singularidade.

Mas em tais escalas a física quântica provavelmente tem algo a dizer também. Exceto que a relatividade geral e a física quântica nunca foram as mais felizes dos companheiros de cama – durante décadas eles resistiram a todas as tentativas de unificá-las. No entanto, uma idéia recente – chamada M-Theory – pode um dia explicar o centro invisível de uma das criações mais extremas do universo.

Podemos viver para sempre?

Vivemos numa época incrível: estamos começando a pensar no “envelhecimento” não como um fato da vida, mas como uma doença que pode ser tratada e possivelmente prevenida, ou pelo menos adiada por muito tempo. Nosso conhecimento do que nos faz envelhecer – e o que permite que alguns animais vivam mais do que outros – está se expandindo rapidamente.

E embora não tenhamos trabalhado todos os detalhes, as pistas que estamos coletando sobre os danos do DNA, o equilíbrio do envelhecimento, metabolismo e aptidão reprodutiva, além dos genes que regulam isso, estão preenchendo um quadro maior, potencialmente levando a tratamentos medicamentosos.

Mas a verdadeira questão não é como vamos viver mais tempo, mas como vamos viver bem mais tempo. E como muitas doenças, como diabetes e câncer, são doenças do envelhecimento, o tratamento do próprio envelhecimento pode ser a chave.

Como resolver o problema da população?

O número de pessoas em nosso planeta dobrou para mais de 7 bilhões desde os anos 60 e espera-se que em 2050 haja pelo menos 9 bilhões de nós. Onde vamos todos viver e como vamos fazer comida e combustível suficiente para a nossa população sempre crescente? Talvez possamos enviar todos para Marte ou começar a construir blocos de apartamentos no subsolo. Podíamos até começar a alimentar-nos com carne cultivada em laboratório. Estas podem parecer soluções de ficção científica, mas talvez tenhamos de começar a levá-las mais a sério.

É possível viajar no tempo?

Os viajantes do tempo já andam entre nós. Graças à teoria da relatividade especial de Einstein, os astronautas que orbitam na Estação Espacial Internacional experimentam o tempo correndo mais lentamente. A essa velocidade o efeito é minúsculo, mas aumentar a velocidade e o efeito significa que um dia os humanos poderão viajar milhares de anos no futuro. A natureza parece gostar menos das pessoas indo para o outro lado e voltando ao passado, no entanto, alguns físicos elaboraram um plano elaborado para uma maneira de fazê-lo usando wormholes e naves espaciais. Pode até ser usado para se entregar um presente no dia de Natal, ou responder a algumas das muitas perguntas que cercam as grandes incógnitas do universo.

“As Grandes Perguntas da Ciência”: The Quest to Solve the Great Unknowns”, é publicado por Andre Deutsch.