“Toda Ciência é Física. O resto é coleção de figurinhas”. A frase é de Ernest Rutherford, físico inglês considerado o pai da Física Nuclear, responsável pelo famoso experimento da folha de ouro com o qual provou a existência de um núcleo atômico de carga positiva e elétrons em volta com cargas negativas.
A afirmação, pretensiosa à primeira vista, pode ser interpretada sob a ideia de que a física é a forma mais fundamental de se descrever aNatureza. Mas, sem a matemática, a física não passaria de metafísica. A matemática, com seus axiomas, teoremas e formalismos, é a caixa de ferramentas da qual os físicos teóricos e experimentais se servem para descrever os fenômenos imaginados e observados. A linguagem com que foi escrita a Natureza é matemática. Os movimentos e simetrias seguem leis precisas, sempre expressas por meio de equações.
Isaac Newton (1643-1727) escreveu a magistral obra “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural” em 1687, onde demonstra as famosas três leis que levam o seu nome, majoritariamente como um tratado de geometria.
Cerca de 230 anos depois de Newton, período em que muitos cientistas diziam que a física já tinha se esgotado em descobertas, Albert Einstein chegou onde Newton não conseguiu chegar, descobrindo que toda matéria no Universo, responsável pela gravidade é pura geometria. O que a Relatividade Geral mostra é que a gravidade gerada por um corpo modifica e curva a geometria do espaço e do tempo.
Na equação de Einstein do lado esquerdo do sinal de igual tem-se a curvatura do espaço-tempo, e do lado direito a matéria. “A matéria diz para o espaço como se curvar e o espaço diz para a matéria como deve se mover”, sintetizou o físico norte-americano John Wheeler (1911-2008).
Einstein reduziu a teoria da gravitação de Newton a um caso particular. A Relatividade Geral de Einstein mostra a força da geometria na descrição da Natureza. Um exemplo de aplicação da Relatividade Geral é a Cosmologia, com a teoria do Big Bang. Nela estudamos a origem do Universo e sua evolução até os dias atuais com sua expansão acelerada. Numa espécie de “engenharia reversa” do Universo, com observações a partir da radiação cósmica de fundo do Universo e o estabelecimento do modelo matemático, há a indicação cada vez mais comprovada com observações, de que tudo o que existe estava concentrado em um único ponto com densidade infinita e temperatura elevadíssima. Modelado a partir da Relatividade Geral, o Big Bang também é uma teoria essencialmente geométrica.
Em uma pintura que serviu de página de rosto ao seu livro “O eterno”, o poeta e pintor inglês William Blake fez Deus em forma humana, segurando um compasso, a partir do qual cria todas as coisas. Se toda Natureza e sua origem podem ser descritas por meio da geometria há ainda um enorme desafio a ser conquistado. O Santo Graal da Física é unificar a Teoria Quântica e a Relatividade Geral. A primeira descreve o mundo das pequenas escalas, como moléculas, átomos e as partículas com as forças que atuam sobre elas: fraca, forte e eletromagnética.
Estas teorias são estabelecidas a partir das simetrias encontradas na natureza subatômica e respeitam o princípio da incerteza de Heisenberg, que mostra ser impossível medir velocidade e posição de uma partícula com precisão, e todo o arcabouço matemático da Mecânica Quântica.
Já a relatividade Geral é a física das grandes escalas, descrevendo a gravidade numa equivalência direta com a geometria do espaço e do tempo. Há muitas tentativas de unificação, mas nenhuma ainda comprovada pela observação. Um dos sonhos de Einstein, no qual trabalhou até o final da vida em 1955, era descobrir as geometrias das forças quânticas, a exemplo do que fez com a gravidade. A ideia parece ter sido abandonada. Retomá-la pode ser um bom caminho. Quem sabe?
Fazer Ciência muitas vezes é tatear no escuro. Mas também a aventura de ser cientista pode ser como dizia William Blake: “Ver um mundo em um grão de areia e um céu numa flor selvagem/É ter o infinito na palma da mão/E a eternidade em uma hora”.
