Grandes enigmas da Ciência

Navegando pela internet hoje, me deparei com uma página do The Guardian bem interessante. Há muitas coisas no universo que ainda não sabemos explicar através da ciência- mas poderemos em breve. Um livro que será lançado em breve  procura responder algumas dessas perguntas (Big Questions in Science). Vamos a alguns fatos:

post1file00022124881Astrônomos se deparam com um pergunta embaraçosa: eles não sabem do que 95% do universo é feito. Átomos que formam tudo que está ao nosso arredor, só contam míseros 5%. Ao longo dos últimos 80 anos tornou-se claro que o restante do universo é composto por duas entidades “sombrias” – a matéria escura e a energia escura. A primeira, descrita pela primeira vez em 1933, funciona como uma cola invisível, unindo galáxias e aglomerados de galáxias. Já a energia escura, descoberta em 1998, está acelerando a expansão do universo a velocidades cada vez maiores. Os astrônomos estão discutindo sobre as verdadeiras identidades destes intrometidos invisíveis.

post2Quatro bilhões de anos atrás, algo começou a se mexer na sopa primordial. Algumas substâncias químicas simples, como água e derivados do carbono, se reuniram e “fizeram” a biologia (as primeiras moléculas capazes de se autoreplicarem apareceram). Nós, seres humanos, estamos ligados pela evolução com estas moléculas biológicas iniciais. Mas como é que os produtos químicos básicos presentes na Terra primitiva  organizaram-se espontaneamente em algo parecido com a vida? Como chegamos ao DNA? Com o que as primeiras células se pareciam? Mais de meio século após a teoria da “sopa primordial” do químico Stanley Miller, ainda não podemos concordar sobre o que realmente aconteceu. Alguns dizem que a vida começou em poças quentes perto de vulcões, outros dizem que o pontapé inicial da vida foi dado por meteoritos que atingiam o mar, elevando sua temperatura.

post3Talvez não. Os astrônomos vêm vasculhando o universo para encontrar lugares onde a água pode ter dado origem à vida (assim como originou a vida na Terra). Lugares como Europa e Marte em nosso sistema solar e planetas muitos anos-luz de distância. Radiotelescópios tem espionado os céus e, em 1977, um sinal que carregava possíveis características de uma mensagem alienígena foi ouvido. Atualmente a astronomia é capaz de digitalizar as atmosferas de planetas alienígenas em busca de oxigênio e água. As próximas décadas proporcionará um grande momento para você ser um caçador de alienígenas, com até 60 bilhões de planetas potencialmente habitáveis somente em nossa Via Láctea.

post4file000390610603Apenas olhar para o seu DNA não irá adiantar – o genoma humano é 99% idêntico ao de um chimpanzé, e 50% ao da banana. Nós, no entanto, temos cérebros maiores do que a maioria dos animais (não exatamente o maior, mas com três vezes mais neurônios do que o de um gorila -86 bilhões para ser exato). Várias coisas que uma vez foram pensadas como sendo exclusividade humana – como uso de linguagem, uso de ferramentas, auto-reconhecimento no espelho – foram vistos em outros animais. Talvez seja a nossa cultura – e seu efeito posterior sobre os nossos genes (e vice-versa) – que faz a diferença. Os cientistas pensam que cozinhar os alimentos e nosso domínio do fogo pode ter nos ajudado a ganhar maiores cérebros. Mas é possível que a nossa capacidade de cooperação e comércio é o que realmente faz deste, um planeta dos seres humanos e não de macacos.

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file4851281024084Ainda não está realmente certo. Nós sabemos que tem a ver com as diferentes regiões cerebrais ligadas em rede, ao invés de uma única parte do cérebro. A ideia é que, se descobrirmos quais regiões do cérebro estão envolvidas e como estes circuitos neurais funcionam, vamos descobrir como a consciência emerge; algo que a inteligência artificial e as tentativas de construir um cérebro neurônio a neurônio podem ajudar. A questão mais difícil, mais filosófica, é por que alguma coisa deve ser consciente, em primeiro lugar. Uma boa sugestão é que através da integração e processamento de grande quantidade de informação (bem como os atos de focar em um estímulo e o de inibi-lo ao invés de reagir a todos os estímulos sensoriais que nos bombardeiam a todo momento) podemos distinguir entre o que é real e o que não é, e imaginar vários cenários futuros que nos ajudam a nos adaptar e a sobreviver.

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file1401253770839Passamos cerca de um terço de nossas vidas dormindo. Considerando o quanto tempo que passamos dormindo, você pode pensar que nós sabemos tudo sobre o sono. No entanto, os cientistas ainda estão à procura de uma explicação completa do porquê nós dormimos e sonhamos. Os seguidores de Freud acreditavam que os sonhos são expressões de desejos insatisfeitos (muitas vezes sexual). Outros se perguntam se os sonhos não são nada, mas são apenas os disparos aleatórios de um cérebro adormecido. Os estudos em animais e os avanços em imagem cerebral nos levaram a um entendimento mais complexo, o que sugere que sonhar poderia desempenhar um papel na memória, no aprendizado e nas emoções. Ratos, por exemplo, mostraram-se capazes de reproduzir as suas experiências de vigília em sonhos, aparentemente os ajudando a resolver tarefas complexas, como navegar em labirintos.

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Você realmente não deveria estar aqui. As “coisas” da qual você é feito é chamado de matéria, que tem uma contrapartida chamado antimatéria, diferindo apenas na carga elétrica. Quando eles se encontram, ambos desaparecem em um flash de energia. Nossas melhores teorias sugerem que o Big-Bang tenha criado quantidades iguais de matéria e antimatéria, ou seja, toda a matéria deveria ter encontrado sua contraparte de antimatéria, excluir as duas partes e deixar o universo inundado em energia. É evidente que a natureza tem um viés sutil para a matéria, de outra forma você não existiria. Os pesquisadores estão colhendo os dados a partir de experiências com neutrinos no Grande Colisor Hadron e tentando entender o porquê.

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Nosso universo é um lugar muito improvável. Alterar algumas das configurações da vida por mais sutil que seja, torna-a impossível. Em uma tentativa de desvendar esse refinado problema, os cientistas estão cada vez mais se voltando para a ideia da existência de outros universos. Se há um número infinito de universos em um “multiverso”, então todas as combinações de configurações estaria em algum lugar e, claro, você se encontra no universo onde você é capaz de existir. Pode parecer loucura, mas a evidência da cosmologia e física quântica estão apontando nessa direção.

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Nos últimos duzentos anos, estamos enchendo a atmosfera de dióxido de carbono – desencadeado pela queima de combustíveis fósseis, proveniente do carbono uma vez trancado abaixo da superfície da Terra. Agora temos que colocar todo esse carbono de volta, ou arriscar as consequências de um clima mais quente. Mas como podemos fazer isso? Uma ideia é enterrá-lo em antigos campos de gás e petróleo. Outra é escondê-lo no fundo do mar. Mas não sabemos quanto tempo irá ficar lá, ou quais são os riscos que possam ter. Enquanto isso, temos de proteger grandes reservas naturais de carbono, como florestas e pântanos de turfas, e começar a usar fontes de energia que não emitam ainda mais dióxido de carbono para a atmosfera.

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file0001190474603A redução da oferta de combustíveis fósseis significa que estamos na necessidade de um novo caminho para a energia do nosso planeta. Nossa estrela mais próxima oferece mais do que uma solução possível. Nós já estamos aproveitando a energia do sol para produzir energia solar. Outra ideia é usar a energia da luz solar para dividir a água em seus componentes atômicos: oxigênio e hidrogênio, o que poderia fornecer um combustível limpo para os carros no futuro. Os cientistas também estão trabalhando em uma solução de energia que consiste em recriar os processos que ocorrem dentro das estrelas – eles estão construindo uma máquina de fusão nuclear. A esperança é que estas soluções possam satisfazer as nossas necessidades energéticas.

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O fato de que você pode comprar com segurança na internet é graças aos números primos – aqueles números que só podem ser divididos por um e por si mesmo. A criptografia – o coração do comércio na internet – utiliza números primos para, de certa maneira, bloquear as suas informações importantes de olhos curiosos. No entanto, apesar de sua fundamental importância para o nosso dia a dia, os números primos continuam a ser um enigma. Um padrão aparente entre eles – a hipótese de Riemann – tem perturbado algumas das mentes mais brilhantes da matemática durante séculos. Até o momento, ninguém foi capaz de domar a sua estranheza. Caso aconteça, isso poderia simplesmente quebrar a internet.

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postbacOs antibióticos são um dos milagres da medicina moderna. A descoberta do ganhador do Nobel, Sir Alexander Fleming, levou a criação de medicamentos que lutaram contra algumas das doenças mais mortais e fez com que cirurgias, transplantes e quimioterapia fossem possíveis. No entanto, este legado está em perigo – na Europa, cerca de 25.000 pessoas morrem a cada ano devido a bactérias multirresistentes. Nossa gama de medicamentos vem sido usada há décadas e estamos piorando o problema através de prescrição excessiva e uso indevido de antibióticos – uma estimativa de que 80% dos antibióticos dos EUA vai para o crescimento de animais em fazendas. Felizmente, o advento do sequenciamento de DNA está nos ajudando a descobrir antibióticos que as bactérias nunca viram. Métodos inovadores, como o transplante de bactérias “boas” a partir de matéria fecal, e a busca de novas bactérias nas profundezas dos oceanos, podem ainda combater estes organismos de 3 bilhões de anos de idade.

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postcompNossos tablets e smartphones são mini-computadores que contêm mais poder de computação do que os astronautas levaram à Lua, em 1969. No entanto, se é possível aumentar a quantidade de poder de computação que carregamos em nossos bolsos, como vamos fazer isso? Há muitos componentes que você pode colocar em um chip de computador. Será que o limite foi atingido, ou há outra maneira de criar um computador? Os cientistas estão pensando em novos materiais, como um carbono atomicamente fino – o grafeno -, bem como novos sistemas, tais como a computação quântica.

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A resposta curta é não. Câncer não é uma doença única, mas um grupo de muitas centenas de doenças. O câncer esteve presente nos dinossauros e, sendo causada por genes, o risco é programado para todos nós. Quanto mais vivermos, mais provável que algo possa dar errado. O câncer é uma coisa viva – em constante evolução. No entanto, apesar de extremamente complicado, através da genética estamos aprendendo mais e mais sobre o que o causa, como ele se espalha e estamos melhorando o tratamento e a prevenção. E saiba o seguinte: até metade de todos os novos casos de câncer (cerca de 3,7 milhões por ano) são evitáveis: evite fumar, beba e coma moderadamente, mantenha-se ativo, e evite a exposição prolongada no sol do meio-dia.

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file0001826226839Robôs já podem servir bebidas e levar malas. A robótica moderna pode nos oferecer uma “equipe” de robôs individualmente especializados: eles fazem seu pedido na Amazon, ordenham vacas, classificam o seu e-mail e te transportam entre terminais de um aeroporto. Mas um robô realmente “inteligente” nos obriga a construir uma inteligência artificial. A verdadeira questão é se você deixará um mordomo-robô sozinho em casa com sua avó. E no o Japão, com o objetivo de ter assessores robóticos que cuidam de seus idosos em 2025, há muita discussão sobre isso agora.

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IMG_20130210_085631Noventa e cinco por cento do oceano é inexplorado. O que está lá em baixo? Em 1960, Don Walsh e Jacques Piccard viajaram mais de 11 quilômetros, para a parte mais profunda do oceano, em busca de respostas. Sua viagem forçou os limites do esforço humano, mas deu a eles apenas uma pequena visão da vida no fundo do mar. É tão difícil chegar ao fundo do oceano que, na maior parte, temos de recorrer ao envio de veículos não tripulados como exploradores. As descobertas feitas até agora, que vão desde peixes bizarros (como o barreleye , com sua cabeça transparente) até um possível tratamento para a doença de Alzheimer, feito a partir de crustáceos. Estas descobertas são uma pequena fração do mundo estranho escondido debaixo das ondas.

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postbhÉ uma pergunta que ainda não temos ferramentas para responder. A teoria da relatividade geral de Einstein diz que quando um buraco negro é criado pela morte de uma enorme estrela, ela continua diminuindo até formar um ponto infinitamente pequeno, infinitamente denso, chamado de singularidade. Mas em tais escalas, a física quântica provavelmente tem algo a dizer também. Só que a relatividade geral e a física quântica nunca foram os mais felizes companheiros – por décadas, todas as tentativas de unificá-los foram inúteis. No entanto, uma ideia recente – a Teoria-M – pode um dia explicar o centro invisível de uma das criações mais extremas do universo.

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Vivemos em um momento incrível: estamos começando a pensar em “envelhecimento” não como um fato da vida, mas como uma doença que pode ser tratada e possivelmente prevenida, ou como pelo menos adiá-lo por um tempo muito longo. O nosso conhecimento sobre o que nos leva a envelhecer – e que permite que alguns animais vivem mais do que os outros – está se expandindo rapidamente. E, embora não tenhamos decifrado todos os detalhes, as pesquisas sobre de danos no DNA, balanço de envelhecimento, metabolismo e aptidão reprodutiva, além dos genes que os regulam, estão mostrado um quadro maior, e possivelmente tratamentos. Mas a verdadeira questão não é como nós vamos viver mais tempo, mas como vamos viver bem mais tempo. E uma vez que muitas doenças, tais como diabetes e câncer, são as doenças relacionadas ao envelhecimento, tratar o envelhecimento em si pode ser a chave.

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O número de pessoas em nosso planeta dobrou para mais de 7 bilhões desde 1960 e espera-se que até 2050 haverá pelo menos 9 bilhões de pessoas. Onde todos irão viver e como conseguiremos comida e combustível suficiente para nossa crescente população? Talvez nós podemos enviar todos para Marte ou começar a construir blocos de apartamentos subterrâneos. Poderíamos até começar a alimentar-nos com carne cultivada em laboratório. Estas podem parecer soluções retiradas de um livro de ficção científica, mas poderemos ter que levá-las mais a sério.

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Viajantes do tempo já andam entre nós. Graças à teoria da relatividade de Einstein, astronautas em órbita na Estação Espacial Internacional experimentam o tempo passando mais devagar. A esta velocidade, o efeito é minúsculo, mas aumentando a velocidade e seu efeito significa que um dia os seres humanos podem viajar milhares de anos no futuro. A natureza parece gostar menos de pessoas que vão para a outra direção e voltam ao passado; no entanto alguns físicos inventaram uma maneira elaborada de fazê-lo usando buracos de minhoca e naves espaciais. Poderia até mesmo ser usado para entregar para si mesmo um presente no Natal, ou responder a algumas das muitas perguntas que cercam grandes incógnitas do universo.

Nos próximos posts tentarei aprofundar em cada tema e trazer mais curiosidades. Sugestões de ordem são bem-vindas =).

E para você? Qual outro mistério do Universo que ainda não foi respondido?

PS: O mérito do conteúdo original pertence aos autores do The Guardian. A matéria foi traduzida em post somente como objetivo didático e de divulgação científica.

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