A beleza do conhecimento científico — ou como resumir a beleza da Física em uma expressão matemática

Uma das características mais belas que a ciência possui é a possibilidade de reunir e utilizar o conhecimento matemático a cerca de determinado fenômeno para prever e descrever as causas e consequências decorrentes de sua existência. É assim que a ciência consegue determinar a composição química de uma determinada substância; o nível de eficácia de um medicamento; ou, em termos da Física, a velocidade de uma partícula qualquer, a sua energia, a posição que deverá ocupar depois de determinado tempo se obedecidas certas circunstâncias: a partir das observações dos fenômenos, é possível atribuir hipóteses e testá-las para validar ou refutá-las; daí o cientista atribui a sua formulação matemática, que descreverá o fenômeno e o auxiliará a entender as possíveis causas do que observa. A ciência, qualquer que seja o seu ramo, faz uso da descrição matemática como parte de certas regras que norteiam o seu trabalho, cujo conjunto chamamos de método científico. Aliás, esta ideia de utilizar regras e procedimentos comuns a todas as áreas do conhecimento humano — sim, todas as áreas, inclusive esta que você acabou de pensar — é bem antiga, trazida pelo físico italiano Galileu Galilei, tido como o pai do método científico moderno.

“O livro da natureza está escrito em caracteres matemáticos… Sem um conhecimento dos mesmos, os homens não poderão compreendê-lo.” Galileu Galilei

A genialidade na proposição do uso da descrição matemática proposta por Galileu reside no fato de ela ter um caráter universal, uma linguagem acessível a todos que dominam suas regras. Afinal, as regras matemáticas são as mesmas em qualquer lugar e se a previsão matemática diz que todo objeto em movimento de queda livre cai com a mesma aceleração da gravidade, independentemente de sua massa, isso será válido em qualquer lugar, até na Lua. E a previsibilidade matemática serve para observações feitas no passado, no presente e no futuro. Por isso o conceito de queda livre dos corpos proposto por Galileu no século XVII continua válido até hoje (e com experimentos realizados até na superfície da Lua — vejam só —que atestam suas teorias). E por isso Peter Higgs só levou o Nobel pela previsão da partícula que levou o seu nome quase trinta anos depois de ele tê-la proposto: só em 2008, com a inauguração do LHC, foi possível realizar experimentos para confirmar experimentalmente suas hipóteses e teorias a cerca do modelo padrão de partículas.

(Você pode se perguntar: a Matemática só é utilizada para comprovar hipóteses? Bem, a resposta é não. Os dados medidos, colhidos a partir de uma observação de um fenômeno podem ser intrigantes o suficiente para que se gere uma hipótese a seu respeito; foi assim que o astrônomo Johannes Keppler deduziu as três leis que “governam” o movimento dos astros em nosso Universo: a partir dos dados das observações de Marte e de Júpiter.)

Não é possível desassociar o avanço científico e tenológico do uso (e ampliação) do conhecimento científico. Entender que a Matemática é parte integrante e importante nesse processo — e não apenas um punhado de “fórmulas” cujos resultados nos dizem se algo está certo ou errado a partir de respostas pré determinadas — é entender que o papel da linguagem matemática é o descrever um fenômeno, ainda que todas as respostas a cerca dele não ainda não sejam conhecidas. De todo modo, enxergar beleza da simplicidade de se utilizar a linguagem matemática para descrição de um aspecto da natureza nos mostra que a capacidade humana traz algo tão belo quanto — quem sabe — poético. Vide a imagem a seguir:

O “diagrama de Tourok” apresentado por Neil Tourok durante a abertura da conferência “Convergence”, com menção ao teorema de Noether: “Para cada simetria corresponde uma lei de conservação”. Via @mcnees — https://twitter.com/mcnees/status/613140554436624385

A imagem acima é parte integrante do discurso de abertura do físico sul-africano Neil Tourok no Convergence. Trata-se de um diagrama que descreve, em palavras do próprio Tourok, “toda a física conhecida”, aplicada ao modelo padrão de partículas, contendo termos que descrevem — com maior ou menor clareza — todas as interações que conhecemos. Em oito termos, temos quase quatrocentos anos de descobertas científicas, desde a lei da gravitação universal de Isaac Newton, no século XVII e as relações matemáticas de Euler-Lagrange no século XVII e de Maxwell (que são o fundamento da teoria eletromagnética) até chegar aos quanta de Max Planck, a teoria da relatividade geral de Einstein, as descrições do estado quântico de um sistema físico dadas por Schrödinger, os férmions e a antimatéria de Paul Dirac, e os mésons de Hideki Yukawa, as quebras de simetrias descobertas por Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa, todas elas feitas no século XX, até fechar com chave de ouro, com a confirmação da existência do bóson de Peter Higgs, em 2012.

Muita Física e muitos temos aparentemente confusos, não é? Mas não é preciso ser um físico-matemático para enxergar a beleza que está explícita no diagrama de Tourok.

A beleza reside tanto na expressão matemática em si— uma equação que descreve o comportamento de partículas de nosso universo — quanto na sutilidade escondida em cada termo: a reunião de descobertas realizadas ao longo de quatro séculos, cujos estudos tentavam compreender e descrever um aspecto específico da natureza e, que ao serem reunidas, nos dão uma dimensão geral de seu comportamento e podem explicar o surgimento do Universo e das primeiras partículas e, posteriormente, dos átomos e moléculas que compõem os elementos químicos.

Não é apenas pela presença das funções de onda, das integrais ou das constantes físicas. É pelo o que ela representa: a reunião de todo o esforço humano para compreender o universo que o cerca. Afinal, não é apenas sobre números e variáveis, e sim, sobre a necessidade humana de entender como tudo surgiu. E nada soa tão poético quando alguém tenta compreender as razões de sua existência.

 

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