2 - o Aumento de Entropia

AS LEIS DA CONSERVAÇÃO

Assim é o “universo mítico”. Ao lado da visão mítica, todavia, existe uma visão científica do universo, visão essa baseada na observação e na experiência (e, ocasionalmente, em percepções intuitivas que devem, contudo, ser confirmadas pela observação e pela experiência).

Consideremos esse universo científico (como se fará ao longo deste livro). Será que o universo científico, tal qual o mítico, está fadado a ter um fim? Se assim for, como, por quê e quando?

Os filósofos gregos da Antigüidade sentiam que, enquanto na Terra ocorriam mudanças, corrupção e deterioração, os corpos celestes seguiam diferentes leis e eram imutáveis, incorruptíveis e eternos. Os cristãos medievais acreditavam que o Sol, a Lua e as estrelas compartilhariam a ruína comum do dia do Juízo Final, mas que até então eles seriam, se não eternos, pelo menos imutáveis e incorruptíveis.

Tal visão começou a se modificar quando o astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543) publicou um livro cuidadosamente fundamentado, em 1543, segundo o qual a Terra era deslocada de sua posição privilegiada no centro do universo e era vista como um planeta que, da mesma forma que os outros, girava em torno do Sol. Era o Sol que, então, assumia a posição central privilegiada.

Naturalmente a visão copernicana não foi adotada de imediato; de fato, ela sofreu violenta oposição durante sessenta anos. Foi com o advento do telescópio, usado para se estudar o céu, a partir de 1609, pelo cientista italiano Galileu (1564-1642), que se modificou a oposição ao novo conceito, agora com respeitabilidade científica, reduzindo-a a mero obscurantismo renitente.

Galileu descobriu, por exemplo, que Júpiter tinha quatro satélites que constantemente orbitavam ao seu redor, refutando de vez a noção de que a Terra era o centro à volta do qual iodas as coisas giravam. Descobriu que Vênus apresentava um ciclo completo de fases lunares, como Copérnico previra, onde pontos de vista anteriores tinham afirmado o contrário.

Através de seu telescópio, Galileu também viu que a Lua era coberta por montanhas, crateras e o que ele imaginou serem mares, demonstrando que ela (e, por extensão, os outros planetas) era um lugar como a Terra e, portanto, presumivelmente sujeito às mesmas leis de mutabilidade, corrupção e deterioração. Detectou manchas escuras na superfície do próprio Sol, de maneira que mesmo esse objeto transcendente, dentre todas as coisas materiais o mais aproximado da perfeição de Deus, era, afinal de contas, imperfeito.

Na busca do eterno — ou, pelo menos, daqueles aspectos do eterno que podiam ser observados e eram, portanto, parte do universo científico — ter-se-ia que alcançar um nível mais abstrato de experiência. Se as coisas não eram eternas, talvez a relação entre elas é que o fosse.

Em 1668, por exemplo, o matemático inglês John Wallis (1616-1703) investigou o comportamento de corpos em colisão e deduziu a noção de que, no processo de colisão, algum aspecto do movimento não muda.

O processo é o seguinte: cada corpo que se move tem algo chamado “momento”. Seu momento é igual à sua massa (que pode ser definida grosso modo como a matéria que ele contém) multiplicada por sua velocidade. Se o movimento se dá numa certa direção, o momento recebe um sinal positivo; se em direção oposta, um sinal negativo.

Se dois corpos se aproximarem de frente, resultará um momento total que pode ser determinado subtraindo-se o momento negativo de um deles do momento positivo do outro. Depois do choque e da retração, a distribuição do momento entre os dois corpos será diferente, mas o momento total será o mesmo que antes. Se eles colidirem e se fundirem, o novo corpo formado terá massa e velocidade diferentes das dos dois separadamente, mas o momento total permanecerá o mesmo. O momento total permanece o mesmo, ainda que os corpos se choquem em ângulo, em vez de na mesma direção, e se afastem em direções opostas.

A partir das experiências de Wallis e de outras feitas desde então, resulta que em qualquer “sistema fechado” (sistema em que não há trocas com o exterior) o momento total é sempre o mesmo. A distribuição do momento entre os corpos em movimento no sistema pode se modificar de infinitas formas, mas o total continua o mesmo. O momento é, portanto, “conservado”, ou seja, não há acréscimos nem decréscimos; o princípio que rege esse fenômeno se chama “lei da conservação do momento”.

Sendo o universo o único sistema verdadeiramente fechado, a forma mais geral de se conceituar a lei da conservação do momento é afirmar que “o momento total do universo é constante”. Em essência, ele não muda jamais — por mais que ocorram mudanças de qualquer natureza.

Como podemos ter certeza? Como podemos afirmar, com base em observações científicas feitas em laboratório durante os últimos séculos, que o momento se conservava o mesmo há 1 milhão de anos ou que isso ainda ocorrerá passado mais 1 milhão de anos? Como podemos asseverar que ele se conserva em outra galáxia a 1 milhão de anos-luz, ou nos arredores de nosso planeta sob condições incomuns tais como as do centro do Sol?

Não podemos declarar com firmeza. Tudo o que se pode dizer é que jamais, sob quaisquer condições, foi possível observar uma violação dessa lei; nem pudemos detectar algo que aponte para a viabilidade de um dia ela ser violada. Além disso, todas as conseqüências que deduzimos da admissão da validade da lei parecem ter sentido e combinar com o que se observou.

Nessa medida, os cientistas sentem-se autorizados a admitir (aguardando evidência em contrário) que a conservação do momento é uma “lei da natureza” que se aplica através de todo o tempo e espaço e sob quaisquer condições.

A conservação do momento foi apenas a primeira de uma série de leis da conservação elaboradas pelos cientistas. Pode-se, por exemplo, falar de “momento angular”, que é uma propriedade dos corpos que giram em torno de um eixo de rotação, ou ao redor de um segundo corpo, o que necessariamente implica um outro eixo de rotação. Em ambos os casos, calcula-se o momento angular a partir da massa e velocidade de rotação do corpo e da distância média

entre suas partes e o eixo ou centro ao redor do qual a rotação é feita. Resulta que há uma lei da conservação do momento angular. O momento total do universo é sempre constante.

Mais: os dois tipos de momento são independentes um do outro e não são permutáveis. É impossível transformar o momento angular em momento comum (às vezes chamado de “momento linear”, para diferenciá-lo do outro), ou vice-versa.

Em 1774, uma série de experimentos realizados pelo químico francês Antoine-Laurent Lavoisier (1743-94) sugeriu que a massa se conservava. Num sistema fechado, alguns corpos poderiam perder e outros ganhar massa, mas a massa total do sistema se mantinha constante.

Gradualmente, o mundo científico desenvolveu o conceito de “energia”, a propriedade de um corpo que o capacita a trabalhar. (A própria palavra “energia” vem de uma expressão grega que significa “que contém trabalho”.) O primeiro a usar essa palavra no sentido moderno foi o físico inglês Thomas Young (1773-1829), em 1807. Vários fenômenos diferentes — o calor, o movimento, a luz, o som, a eletricidade, o magnetismo, as transformações químicas e assim por diante — eram capazes de efetuar trabalho e, por conseguinte, passaram a ser considerados formas diversas de energia.

Surgiu a noção de que uma forma de energia poderia se converter em outra; que alguns corpos poderiam, de uma ou outra maneira, ceder energia e que outros poderiam, igualmente, ganhar energia, mas que, em qualquer sistema fechado, o total de energia de todas as formas era constante. Longe de ser o primeiro a constatar isso, o físico alemão Hermann L.F. von Helmholtz (1821-94) conseguiu, contudo, em 1847, persuadir a comunidade científica em geral de que, realmente, ele é que o fizera. Ele é, portanto, usualmente considerado o descobridor da lei da conservação de energia.

Em 1905, o físico germano-suíço Albert Einstein (1879-1955) apresentou convincentes argumentos de que a massa era mais uma modalidade de energia e que uma dada quantidade de massa poder-se-ia converter numa quantidade fixa de energia e vice-versa.

Por essa razão, a lei da conservação de massa desapareceu enquanto lei distinta, e fala-se, hoje, na lei da conservação de energia apenas, ficando claro que a massa se inclui entre as formas de energia.

Quando a estrutura do átomo foi determinada pelo físico inglês Ernest Rutherford (1871-1937), em 1911, descobriu-se que existiam partículas subatômicas que não só seguiam as leis da conservação de momento, momento anguiar e energia, mas também as leis da conservação de carga elétrica, do número de bárions, do spin isotópico e outras leis semelhantes.

As diversas leis da conservação são, com efeito, as regras básicas do jogo sobre que se assentam todas as partículas e peças constituintes do universo, e, pelo que se sabe, todas essas leis são gerais e eternas. Se uma lei da conservação se provar inválida, então é porque ela é meramente parte de uma lei mais abrangente. Assim, a conservação da massa acabou por ser invalidada, mas apenas por ser parte de uma conservação de energia mais geral, que inclui a massa.