Em "Calculando o Cosmos", Ian Stewart apresenta um guia emocionante para o cosmos, de nosso sistema solar a todo o universo. Começando com a integração babilônica da matemática no estudo da astronomia e da cosmologia, Stewart traça a evolução de nossa compreensão do cosmos: como as leis de movimento planetário de Kepler levaram Newton a formular sua teoria da gravidade. Como, dois séculos depois, pequenas irregularidades no movimento de Marte inspiraram Einstein a inventar sua teoria geral da relatividade. Como, oitenta anos atrás, a descoberta de que o universo está se expandindo levou ao desenvolvimento da teoria do Big Bang de suas origens. Como a origem e a expansão de ponto único levaram os cosmólogos a teorizar novos componentes do universo, como inflação, matéria escura e energia escura. Mas a inflação explica a estrutura do universo atual? A matéria escura realmente existe? Poderia uma revolução científica que desafiar a ortodoxia científica de longa data e mais uma vez transformar nossa compreensão do universo a caminho? Abaixo está um trecho de "Calculando o Cosmos: Como a Matemática Revela o Universo" (Basic Books, 2016).
Esses avanços na exploração e uso do espaço dependem não apenas de uma tecnologia inteligente, mas também de uma longa série de descobertas científicas que remontam pelo menos até a antiga Babilônia, três milênios atrás. A matemática está no centro desses avanços. É claro que a engenharia também é vital, e foram necessárias descobertas em muitas outras disciplinas científicas antes que pudéssemos fazer os materiais necessários e montá-los em uma sonda de espaço de trabalho, mas vou me concentrar em como a matemática melhorou nosso conhecimento do universo.
A história da exploração espacial e a história da matemática andam de mãos dadas desde os primeiros tempos. A matemática se mostrou essencial para entender o Sol, a Lua, os planetas, as estrelas e a vasta panóplia de objetos associados que juntos formam o cosmos - o universo considerado em grande escala. Por milhares de anos, a matemática tem sido nosso método mais eficaz de compreender, registrar e prever eventos cósmicos. De fato, em algumas culturas, como a Índia antiga, por volta de 500, a matemática era um sub-ramo da astronomia. Por outro lado, os fenômenos astronômicos influenciaram o desenvolvimento da matemática por mais de três milênios, inspirando tudo, desde as previsões babilônicas de eclipses ao cálculo, caos e curvatura do espaço-tempo.
Inicialmente, o principal papel astronômico da matemática era registrar observações e realizar cálculos úteis sobre fenômenos como eclipses solares, onde a Lua obscurece temporariamente o Sol, ou eclipses lunares, onde a sombra da Terra obscurece a Lua. Ao pensar na geometria do sistema solar, os pioneiros astronômicos perceberam que a Terra gira em torno do Sol, embora pareça o contrário daqui em diante. Os antigos também combinaram observações com geometria para estimar o tamanho da Terra e as distâncias da Lua e do Sol.
Padrões astronômicos mais profundos começaram a surgir por volta de 1600, quando Johannes Kepler descobriu três regularidades matemáticas - 'leis' - nas órbitas dos planetas. Em 1679, Isaac Newton reinterpretou as leis de Kepler para formular uma teoria ambiciosa que descrevia não apenas como os planetas do sistema solar se movem, mas o movimento de qualquer sistema de corpos celestes. Essa foi sua teoria da gravidade, uma das descobertas centrais em sua mudança de mundo Philosophiae Naturalis Principia Mathematica Princípios Matemáticos da Filosofia Natural. A lei da gravidade de Newton descreve como cada corpo no universo atrai todos os outros corpos.
Ao combinar a gravidade com outras leis matemáticas sobre o movimento dos corpos, pioneiras em Galileu um século antes, Newton explicou e previu numerosos fenômenos celestes. De um modo mais geral, ele mudou a forma como pensamos sobre o mundo natural, criando uma revolução científica que ainda está avançando hoje. Newton mostrou que os fenômenos naturais são (geralmente) governados por padrões matemáticos e, ao entender esses padrões, podemos melhorar nossa compreensão da natureza. Na era de Newton, as leis matemáticas explicavam o que estava acontecendo nos céus, mas não tinham usos práticos significativos, exceto para a navegação.
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Tudo isso mudou quando a URSS Sputnik O satélite entrou em órbita baixa da Terra em 1957, disparando a arma de partida para a corrida espacial. Se você assiste futebol na televisão por satélite - ou ópera, comédias ou documentários científicos - está colhendo um benefício no mundo real com as idéias de Newton.
Inicialmente, seus sucessos levaram a uma visão do cosmos como um universo mecânico, no qual tudo majestosamente segue caminhos estabelecidos no início da criação. Por exemplo, acreditava-se que o sistema solar foi criado praticamente em seu estado atual, com os mesmos planetas se movendo nas mesmas órbitas quase circulares. É certo que tudo girou um pouco; os avanços do período nas observações astronômicas deixaram isso bem claro. Mas havia uma crença generalizada de que nada havia mudado, mudado ou mudaria de maneira dramática ao longo de incontáveis eras. Na religião européia, era impensável que a criação perfeita de Deus pudesse ter sido diferente no passado. A visão mecanicista de um cosmo regular e previsível persistiu por trezentos anos.
Não mais. Inovações recentes em matemática, como a teoria do caos, acopladas aos poderosos computadores de hoje, capazes de processar os números relevantes com velocidade sem precedentes, mudaram bastante nossas visões do cosmos. O modelo de relógio do sistema solar permanece válido por curtos períodos de tempo e, em astronomia, um milhão de anos é geralmente curto. Mas nosso quintal cósmico agora é revelado como um lugar onde os mundos migraram e vão migrar de uma órbita para outra. Sim, existem períodos muito longos de comportamento regular, mas, de tempos em tempos, são pontuados por explosões de atividades selvagens. As leis imutáveis que deram origem à noção de um universo mecânico também podem causar mudanças repentinas e comportamento altamente errático.
Os cenários que os astrônomos agora imaginam são frequentemente dramáticos. Durante a formação do sistema solar, por exemplo, mundos inteiros colidiram com consequências apocalípticas. Um dia, no futuro distante, eles provavelmente o farão novamente: há uma pequena chance de que Mercúrio ou Vênus estejam condenados, mas não sabemos qual. Poderia ser os dois, e eles poderiam nos levar com eles. Uma dessas colisões provavelmente levou à formação da lua. Parece algo fora da ficção científica, e é ... mas o melhor tipo, ficção científica 'difícil', na qual apenas a fantástica nova invenção vai além da ciência conhecida. Só que aqui não há invenção fantástica, apenas uma descoberta matemática inesperada.
A matemática informou nossa compreensão do cosmos em todas as escalas: a origem e o movimento da Lua, os movimentos e a forma dos planetas e suas luas companheiras, os meandros dos asteróides, cometas e objetos do cinturão de Kuiper, e a dança celeste todo o sistema solar. Ele nos ensinou como as interações com Júpiter podem lançar asteróides em direção a Marte e daí à Terra; por que Saturno não está sozinho em possuir anéis; como seus anéis se formaram para começar e por que eles se comportam como o fazem, com tranças, ondulações e estranhos 'raios' rotativos. Ele nos mostrou como os anéis de um planeta podem cuspir luas, uma de cada vez.
Um relógio deu lugar a fogos de artifício.
Extraído de "Calculando o Cosmos: Como a Matemática Revela o Universo", de Ian Stewart. Copyright © 2016. Disponível na Basic Books, uma impressão da Perseus Books, LLC, uma subsidiária da Hachette Book Group, Inc. Todos os direitos reservados.
