STEPHEN HAWKING E SUA MENTE: FANTÁSTICA MENTE!

Sua mente isolada do mundo produziu algumas das mais estimulantes reflexões cosmológicas de todos os tempos. Ele fundou a Era Hawking. Seus trabalhos são verdadeiras obras de arte. Ele formulou ideias revolucionárias acerca dos Buracos Negros, da Teoria do Tudo e da origem do universo.

Stephen nasceu durante a II Guerra Mundial, ao norte de Londres. Para que sua mãe tivesse um parto seguro, mudaram-se temporariamente para Oxford.

Aqui, uma história interessante: quando se iniciaram os bombardeios, Grã Bretanha e Alemanha firmaram um acordo. Oxford e Cambridge não seriam bombardeadas, assim como Heidelberg e Gottingen. Assim, essas cidades universitárias de arquitetura única se manteriam preservadas.

Estudou em uma escola mediana, típica de famílias de classe média. Seus pais eram médicos. Chegou a ter um mini laboratório de química em casa, não se dedicava muito aos estudos mas apreendia os conceitos com facilidade, o que lhe garantia boas notas. Sua maior característica era a capacidade de passar lonas horas concentrado em um problema.

Passava também longas horas refletindo sobre a vida e o mundo. Embora sejam reflexões de natureza filosófica, já se delineava uma certa queda pela cosmologia. Os gregos usaram inicialmente a palavra “kosmos” para se referir ao universo. Ela significa ordem. Portanto cosmologia seria o estudo da estrutura do universo.

Após conquistar uma bolsa de estudo para Oxford, ingressou na faculdade de ciências naturais, com ênfase em física, aos 17 anos.

Em razão da idade e do fato de se sentir isolado, bebia bastante em seu quarto enquanto lia diversos livros de ficção científica. Estudava menos de 1 hora por dia.

Sua situação mudou no segundo ano, quando adquiriu maior confiança. Deixou o cabelo crescer, entrou para a equipe de remo, passou a frequentar as festas.

Na pós-graduação, optou por cosmologia. Conseguiu o primeiro lugar e o título, com Magna cum Laude, aos 20 anos. Continuou seus estudos, agora no Trinity Hall de Cambridge.

No fim do seu último ano, ainda em Oxford, Hawking caiu da escada e bateu forte sua cabeça. Sofreu uma breve perda de memória. Poderia ter sido um acaso, mas não tinha sido a primeira vez que sofrera queda em uma escada. Também estava apresentando dificuldades para amarrar o cadarço.

Quando voltou para casa, ao fim do primeiro semestre, seu pai o levou ao hospital para um check-up. O diagnóstico foi perturbador: esclerose lateral amiotrófica, ou ALS. Também é chamada de doença neuro-motora.

É uma doença progressivo-degenerativa das células nervosas na medula espinhal e no cérebro. Atinge as células que controlam a atividade muscular, levando à imobilidade. No fim, atinge totalmente a fala. O corpo entra em estado vegetativo, embora a mente continue clara e ativa. A expectativa de vida não passa de poucos anos e, nos estágios finais, o paciente é tratado com morfina para combater a depressão crônica.

Hawking, obviamente, mergulhou em depressão. Por meses, ouvia Wagner e bebia garrafas e garrafas de vodka.

Também nessa época conheceu Jane Wilde, tinha 18 anos e, ao contrário Hawking, acreditava em Deus.

Poucos meses após o diagnóstico, Hawking precisava de muletas para se locomover. Sua expectativa de vida era de dois anos.

Apesar de seu horror por piedade alheia, Hawking e Jane ficaram noivos. Ele correu para terminar seu PhD. O casamento e o início do PhD ocorreram juntos, em 1965.

Voltando à cosmologia. Essa ciência demorou muito até que passasse a ser chamada de ciência. Embora atraíssem curiosidade, o conceito de ciência ainda se apoiava sobre a experimentação. O que não pudesse ser reproduzido em laboratório não era ciência.

Porém, grandes descobertas como a Teoria da Relatividade a Teoria Quântica mudaram a forma de encarar o universo. A aplicação desses conceitos, nas escalas subatômica e galáctica, levou a revoluções no entendimento humano sobre tudo o que nos rodeia.

O que motivou Hawking foi a percepção de que a relatividade não se harmonizava com a física quântica. Não explicava a formação dos buracos negros, por exemplo.

Aliás, o entendimento deste último fenômeno retrocede bastante no tempo. Em 1783, John Michell previu a existência de buracos negros. Ele entendia que se uma estrela fosse grande e densa o suficiente, nenhuma luz conseguiria escapar de seu campo gravitacional. Ele também supunha que diversos buracos negros poderiam ter sua existência confirmada por meio de observações de seu efeito sobre estrelas e planetas visíveis.

Essas ideias somente foram retomadas no início do século XX, pelo astrônomo alemão Karl Schwarzchild. Ele demonstrou o que ocorreria quando uma estrela colapsa por sua própria gravidade. Segundo a relatividade, a gravidade pode influenciar o trajeto da luz. Depois de certo ponto, a força da gravidade não mais será capaz do campo gravitacional em foco. Esse ponto de densidade tem um certo raio. No caso do Sol, um colapso que o reduzisse a um raio de 3 km, o transformaria num buraco negro. O raio critico foi baseado de Raio de Schwarchild.

Mais tarde, um astrônomo russo chamado Alkeksandr Friedmann refutou a teoria de Einstein sobre o universo estático. O alemão chegou a criar um constante, lambda, para representar o universo estático em seus cálculos. Friedmann retirou essa necessidade, ao calcular que o universo se expandia.

Em 1928, o astrônomo americano Edwin Hubble confirmou essa hipótese por meio de observações. Usando a técnica do desvio para o vermelho, e contando com as lentes enormes do Observatório de Mount Wilson, Hubble observou o afastamento acelerado das galáxias observadas.

Um passo muito importante foi dado pelo cientista russo Lev Landau. Ele trabalhou sobre como as estrelas produzem energia. Ele artigo publicado na Nature, ele explicava que o centro de uma estrela é, na verdade, uma outra estrela superdensa, composta por nêutrons. No caso do nosso Sol, existe em seu centro uma estrela de nêutrons de raio de apenas 1 km e com 1/10 de sua massa. É a estela de nêutrons quem gera o calor emanado.

Como Landau escreveu esse artigo às pressas, Oppenheimer e Snyder o leram e realizaram algumas melhorias. Explicaram que, quando uma estrela muito grande exauria seu combustível nuclear, não implodia, mas se reduzia até um raio crítico, quando até mesmo raios de luz não seriam capazes de deixar o campo gravitacional da estrela. Nascia assim um horizonte de eventos de mão-única, quando a estrela se isolava do resto do universo.

Partículas e radiação poderiam ser absorvidas, mas não saíam. Nasce uma singularidade espaço-temporal, onde espaço e tempo desaparecem. Oppenheimer parou aqui, recusando-se a especular sobre o que achara.

O físico norte-americano e criador da bomba de Hidrogênio, John Wheeler, entendeu a teoria de Oppenheimer e Snyder e batizou a nova singularidade descrita como: buraco negro. Se fosse possível descrever o que ocorreria dentro dos buracos negros, teoria da relatividade e física quântica, enfim, seriam unidas.

A posição contrária a todas essas teorias foi realizada pelos soviéticos. Eles sustentavam que a formação das singularidades, como descrita pelos ocidentais, somente seria possível se o colapso da estrela ocorresse de maneira uniforme, simétrica, o que seria improvável.

Até o início dos anos 1960, a própria ideia de universo estático era o que prevalecia na astronomia. Essa ideia fora proposta dói Hoyle, segundo a qual o universo sempre existira: não haveria nem início nem fim. Hoyle chegou até a apelidar pejorativamente a teoria que pregava a expansão do universo: o Big Bang.

Hoyle cria que a densidade média do universo é constante, portanto seu tamanho não varia. A ideia do universo em expansão partia do pressuposto de que a densidade do universo não se distribui uniformemente.

Bem. Esse era o estado da astronomia quando da entrada em cena de Stephen Hawking.

O embate entre universo implodindo simétrica ou desigualmente foi atacado pelo matemático Roger Penrose. Utilizando topologia, uma área da matemática que ele mesmo desenvolveu, criou o Teorema de Singularidade, confirmando a teoria de Wheeler e a formação dos buracos negros. No caso do Sol, ele calculou que esse fato ocorreria quando o raio atingisse 30 km.

No entanto, Penrose não achou um ponto de equilíbrio. O colapso continuaria, seguindo o quadro desenhado pela teoria da relatividade. O colapso continua se intensificando, até um volume zero e densidade infinita. Nesse ponto, o fenômeno desafia a lei da gravidade, pois a antiga estrela teria massa, mas não dimensão. Desaparecendo o espaço, a dimensão a ele associada chamada tempo também desaparece.

Todo o acima descrito ocorreria dentro do horizonte de eventos, no entanto sem alterar seu tamanho. Por exemplo, um horizonte de eventos e 30 km de raio se mantém, até o momento da formação do buraco negro.

Hawking passou então a questionar: o que ocorreria se a formação de um buraco negro fosse revertida? E esses fenômenos ocorresse com o universo inteiro, não apenas com uma estrela? Se o tempo desaparece em seu interior, sua reversão significaria a criação do tempo? A matéria que se origina de um ponto infinitamente denso, é a própria definição de Big Bang.

Hawking demonstrou que à medida que o campo gravitacional se expande, espaço e tempo se desprendem e a matéria se espalha. Também demonstrou que uma singularidade num passado distante originou o tempo. O universo em contração terminaria no Big Crunch.

Consequência: perdeu o sentido especular acerca do antes ou do depois do universo. Somente com espaço haveria a noção de tempo. Fora desse intervalo, não há tempo, assim como matéria.

A estrela de Hawking estava em ascensão.

Por outro lado, sua saúde decaía pouco a pouco. Passaram-se quatro anos desde que a previsão de vida por apenas mais dois anos foi-lhe revelada. As muletas lhe rotulavam como aleijado, e isso o destruía por dentro.

Em 1967, teve seu primeiro filho, Robert. Deve-se deixar claro o papel importantíssimo que sua esposa Jane teve na sua vida fora da academia. Quando seu corpo se esvaía, ela datilografava seus artigos. Quando já estava quase sem voa, ela ainda era capaz de distinguir os ruídos que seu marido emitia.

Em 1971, Hawking trouxe à tona a ideia de que o Big Bang havia formado vários “mini buracos negros”. Cada um, de tão alta concentração, abarcavam 1 bilhão de toneladas de matéria, ainda que medissem o tamanho de um fóton. Em razão de sua enorme massa, possuiriam força gravitacional. Em razão de seu tamanho subatômico, deveriam obedecer à mecânica quântica.

Pelo acima exposto, a oposição entre relatividade e física quântica não existiria no início do universo. Essa perspectiva o animou a achar uma “Teoria do Tudo”.

Em 1974-1975, época em que passou momentos divertidos na Califórnia, visitando o Caltech e realizando observações em Mount Wilson, sua doença progrediu e prendeu-o a uma cadeira de rodas. Sua voz já praticamente desaparecia.

Ainda assim, em 1979 teve seu terceiro filho.

Aos 32 anos, foi eleito o mais jovem membro na história da Royal Society.

Viveu também seu momento de brilhantismo. Pensando sobre o comportamento dos raios de luz no horizonte de eventos de um buraco negro, e partindo do princípio de que os raios que circulam o horizonte de eventos nunca se cruzam, pois a enorme força da gravidade os mantêm em suspensão e a uma mesma distância entre si, Hawking pôde finalmente entender a expressão “A área da superfície de um buraco negro jamais poderá diminuir”. Se dois buracos negros se chocassem, a área total da superfície do buraco negro resultante seria no mínimo igual (podendo ser maior) à soma dos dois que o geraram.

Nesse momento, Hawking percebeu que o comportamento acima é semelhante À Segunda Lei da Termodinâmica. Esta afirma que a entropia (sinônimo de desordem) dentro de um sistema isolado permanece ou aumenta, nunca diminui. Se dois sistemas se juntam, sua entropia combinada será maior ou igual à soma das entropias anteriores. Novamente, não diminui como um todo.

A explicação para esse fenômeno sairia da mecânica quântica. Uma das características mais inusitadas dessa área da física foi descoberta em 1927 por Werner Heisenberg. Trata-se do princípio da incerteza. Segundo esta, seria impossível determinar com precisão as duas variáveis seguintes: posição precisa e momentum de uma partícula subatômica. Na verdade, as conclusões são aplicadas a todos os corpos, de quaisquer dimensões, mas somente é observável em partículas subatômicas.

As discrepâncias entre as duas medidas são relevantes da dimensão do átomo para baixo. Se um elétron estiver sob observação, apenas um raio gama seria capaz de apontar seu local exato. Este mesmo raio muda o momentum do elétron assim que o atinge, alterando esta última medição em relação ao estágio inicial, antes de ser atingido pelo raio gama.

Se extrapolarmos as definições de Heisenberg para campos, que são formados por partículas, as conclusões se mantêm. Sabendo-se que o espaço também é um campo, podemos usar a Teoria da Incerteza para o espaço.

Primeiramente, devemos entender que o espaço não é um vácuo, vazio. Isso inviabilizaria qualquer mediação. Deve-se entender que o espaço é um campo que varia, desde acima de zero até abaixo de zero. A média das variações é zero.

Essa oscilação na medida do campo existe em razão da combinação de duas partículas virtuais, variando acima e abaixo de zero. Essas duas partículas virtuais são: partícula e anti-partícula. Positiva e negativa. Uma anula a outra, quando juntas. Quando se aniquilam, deixam de fazewr parte da realidade. Eventualmente se formam e passam a ser reais de novo.

A formação e a aniquilação subsequente criam as oscilações mínimas.

Quando falamos de campo, falamos de espaço, aquilo que circunda os buracos negros – e tudo o mais.

A superfície que circunda os horizontes de eventos também conteria partículas virtuais (e anti-partículas, claro), movendo-se em direção à realidade. No entanto, o processo de aniquilação seria afetado pelo buraco negro, quando atrai a partícula negativa e expulsa a partícula positiva para o espaço, sob a forma de radiação.

Sendo assim, a radiação é térmica, isto é, calor, que pode ser medido.

Se supusermos uma partícula caindo dentro do buraco negro, perceberemos um aumento de sua superfície. Aumentando a superfície, aumenta a entropia... Aumentando a entropia, aumenta o calor.

Portanto os buracos negros passaram a ser quentes, após Hawking.

E Hawking pôde, por fim, unir relatividade e física quântica.

Em 1979, aos 37 anos. Hawking foi nomeado professor Lucasiano de matemática em Cambridge. Foi precedido nos posto por Isaac Newton e Charles Babbage. Assinou seu nome pela última vez.

Utilizou sua influência para defender causas de pessoas portadoras de deficiência.

Num sinal de brilhantismo, sua aula inaugural despertou o sentimento de que aquele homem ainda tinha muito o que fazer antes de se despedir do mundo. O tema foi: “O fim da física teórica encontra-se à vista?”. A aula foi lida por um de seus alunos.

Enfim, Hawking achou tempo para se dedicar a um assunto que lhe despertava prazer e curiosidade: A Teoria de Tudo. O objetivo perseguido era um conjunto de equações que explicasse o comportamento de cada partícula elementar, a interação de todas as forças do universo. Seria, a seu ver, o fim da física teórica.

Diante das dificuldades e complexidades antevistas, Hawking passou a apoiar a eoria das Supercordas. Esta diz que os objetos fundamentais que dão origem a todo o universo são objetos unidimensionais minúsculos, semelhantes a cordas. Seu comprimento seria de algo em torno de 10^-35 metros. Elas unificariam todas as partículas e forças do universo.

Em função dos sucessos, Hawking agora era uma personalidade mundial, era visitado e visitava os lugares mais importantes do mundo científico, em diversos países. Em um seminário no Caltech, deu mostras de como tinha desenvolvido sua memória, extremamente exigida em decorrência de suas limitações físicas: ditou de cor uma equação de 40 termos.

Nos início dos anos 1980, Hawking começou a elaborar um livro popular sobre cosmologia. Ele precisava de dinheiro, pois estava com dificuldades para pagar o colégio da filha. Em 1985, já tinha um rascunho. Estava em Genebra, sob cuidados de uma enfermeira e uma assistente. Certa noite, essa enfermeira o flagrou com o rosto roxo e sem respirar. Foi levado às pressas para o hospital. Estava com pneumonia e era necessário fazer uma traqueotomia para instalar um respirador. Desde então, perdeu sua fala completamente.

Desde esse sufoco, Hawking passou a receber ajuda de organizações e especialistas de todo o mundo, que ofereceram desde ajuda financeira a programas de computador que o auxiliassem no seu dia a dia, passando por cadeiras de roda motorizadas.

De volta à Teoria de Tudo. Hawking imaginava que deveria ser capaz de juntar, sob o mesmo guarda-chuva matemático, as seguintes forças: Gravidade, Eletromagnetismo, Força Nuclear Forte e Força Nuclear Fraca. Essas quatro forças eram uma única até o primeiro nanossegundo do nascimento do universo.

A teoria da supercorda teve seu lugar de destaque por anos, mas começou a perturbar os cientistas quando apresentou complexidades, como a existência de 26 dimensões no universo. Imagine que cada ponto do espaço deve ser visto como um nó espacial de 22 dimensões, compactado e retorcido a ponto de somente ser visto quando alcançasse 10^-13 centímetros.

Em seguida, surgiu a Teoria do Buraco de Minhoca. Agora, os buracos negros desapareceriam dentro de outros universos, reaparecendo como buracos brancos, vomitando tudo o que engoliram na dimensão anterior. A existência de buracos brancos foi descartada, mas os buracos de minhoca ainda são vistos como ligação entre os mais diversos universos, na Teoria dos Múltiplos Universos.

Em 1987, Hawking finalmente terminou sua obra: Uma breve história do tempo: do big bang aos buracos negros. Foi publicado em abril de 1988, foi traduzido para 30 línguas e vendeu mais de 6 milhões de cópias.

O homem se tornou celebridade, era um dos professores mais reconhecidos de Cambridge e recebia prêmio e homenagens em sequência. No entanto, sua relação com Jane estava indo por água abaixo. A mulher que viveu cada momento de angústia do marido, que cuidava dele sem reclamar, sentia não ter o reconhecimento que merecia.

Em 1990, o casal se separou.

Ainda em 1990, Hawking esteve em Hollywood, onde foi apresentado a um fã: Steven Spielberg. Aliás, eram fãs mútuos. O cineasta prometeu filmar a obra do físico; o físico sugeriu um nome: De volta para o futuro 4. Hawking dizia que merecia um Oscar pelo papel de coadjuvante do universo.

Quando não está ocupado com suas teorias, Hawking pode ser visto em seu gabinete, sob o olhar de um pôster gigante de Marilyn Monroe... ou no chá das 16h, no salão comum de Cambridge.

Rubem L. de F. Auto

Fonte: livro “Hawking e os buracos negros”.