Buraco Negro: Da Imaginação à Foto

Por Arthur Luiz

Após dias de expectativa, a primeira foto de um buraco negro finalmente foi revelada e rodou o mundo junto com o entusiasmo capturado de Katie Bouman, tida como a principal responsável pela façanha. Em uma rara ocasião em que a ciência teve destaque até na mídia tradicional, outra coisa que rodou o mundo foram as reflexões de como a ciência funciona e o que ela nos permite sonhar a respeito da natureza do nosso próprio Universo.

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Concepção artística do buraco negro no centro de M87, antes da divulgação da foto real. Fonte: ESO

O que a foto prova?

Na ciência, precisamos de muita cautela antes de afirmar que algo é provado! Claro que dizer que algo é verdade absoluta e para sempre é uma afirmação muito forte, da qual a ciência desistiu no século passado. Karl Popper, o filósofo mais popular entre cientistas, dizia exatamente isso: uma teoria científica não pode ser comprovada; apenas refutada.

Na analogia de Popper, podemos ver dez, cem, mil ou um milhão de cisnes brancos; nada disso prova que todos os cisnes são brancos. Mas para provar que não é verdade que todos os cisnes são brancos, basta que vejamos um único cisne negro. Desse modo, quando surge uma nova teoria, cientistas tentam testá-la nos limites de suas implicações. Se ninguém conseguir provar que a teoria está errada, ela deve ser aceita como uma boa imagem de mundo.

Já Gaston Bachelard é mais radical que Karl Popper, e propõe que não só devemos reconhecer e aceitar que uma teoria – por mais consagrada que seja – pode estar errada, como essa é a atitude que deve ser tomada pelos cientistas. Bachelard dizia que sempre cabe à razão colocar objeções a teorias para que as essências mais profundas das coisas sejam descobertas, podendo assim a ciência avançar!

Não seria uma surpresa para ninguém que a ciência moderna depende de alta tecnologia, técnicas avançadas e metodologias complexas para fazer experimentos como “tirar uma foto” de um objeto até então indetectável que se encontra há milhões de anos-luz da Terra. Bachelard lembra que o sucesso de tudo isso está ligado à teoria.

Por isso, o registro é uma verdadeira façanha! Pensem no trabalhão que deu planejar o experimento, manusear o maquinário, interpretar os resultados… tudo isso precisa ser feito por gente que entende muito de ciência. Em outras palavras, pensem: o quanto precisamos conhecer sobre buracos negros para conseguir uma imagem que supostamente prova que tudo o que acreditamos sobre eles é verídico?

Buracos negros são estudados por físicos teóricos há mais de cem anos porque representam soluções matemáticas de equações físicas e implicações diretas de ideias anteriores, são plausíveis para explicar dados observacionais tais como a coesão de estruturas como galáxias, e acredita-se que seriam possíveis a partir da evolução de uma estrela em condições específicas. Nunca se sabe o que a foto poderia mostrar, mas ao que parece, a revelação de que as ideias da física estão num caminho coerente foi a menor das surpresas possíveis!

Mas a “foto” é uma foto de verdade?

Se as pessoas se perguntam se seria possível observar o buraco negro da Terra – digamos – com um super-telescópio, e ver exatamente o que é mostrado na foto da Katie, a resposta é NÃO! Além de todas as dificuldades práticas de tal observação, todos os dados utilizados na construção da imagem foram captados por radiotelescópios, ou seja, utilizamos, como “sinal” do buraco negro, o rádio, que é um tipo de luz invisível, assim como são as micro-ondas, raios infravermelhos, raios ultravioleta, raios-X e raios-gama; que juntos com a luz visível formam o que chamamos de espectro eletromagnético.

Além disso, é importante lembrar que, para que a foto fosse possível, os cientistas utilizaram uma técnica chamada de interferometria – um fundamento teórico; é conveniente lembrarmos – que leva em conta não só a detecção direta das ondas de rádio em um único radiotelescópio, mas utiliza-se vários deles para estudar a interferência que as ondas provenientes do buraco negro provocam entre si, obtendo informação adicional sobre o buraco negro. É desse modo que eles teriam conseguido um telescópio equivalente a um tão grande quanto o próprio planeta Terra.

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Katie Bouman e um conjunto de HDs que armazenaram a informação a partir da qual a foto do buraco negro foi gerada. Fonte: ESO/HET

Então, a imagem do buraco negro foi recriada a partir desses dados por meio de um algoritmo, empregando conhecimentos sobre os tipos de distorção que acreditamos que a luz que vemos ao redor do buraco negro sofra no seu caminho até a Terra, para mostrar como o objeto apareceria para alguém perto o suficiente para observá-lo. Antes, de forma parecida, foram construídas outras imagens de buracos negros a partir de dados provenientes de simulações computacionais, o que também é similar ao próprio processo de construção de imagens da câmera do nosso celular! Por que, então, seria menos “foto” que uma foto tirada com a câmera de um celular?

Como sabemos, a câmera do celular é formada por uma série de sensores de luz que têm o trabalho de informar ao processador como a luz estava interagindo com a câmera no exato momento em que desejamos tirar a foto. Esses megabytes ou gigabytes de informação servem então para construir, na tela, uma imagem parecida com o que vimos com nossos olhos, para relembrarmos quando quisermos.

Mas parecida, não idêntica. Por mais que uma foto “usual” seja mais próxima da imagem que vemos, devemos lembrar que, tanto no celular quanto em uma máquina fotográfica antiga, podemos configurar vários parâmetros para que a foto nos agrade mais. Podemos ajustar o foco, a exposição, a obturação… no caso do celular, mudamos a calibração dos sensores e parâmetros do algoritmo para a construção da foto. Devemos admitir que a realidade é apenas a forma com que a luz interage com o filme fotográfico ou com os sensores do celular, e que a imagem do que vemos só existe dentro de nós? Talvez…

É fato que, para fins científicos, não interessam muito os aspectos puramente visuais da foto, mas sim a ideia do que eles representam em termos de como a luz – ou seja, as ondas de rádio – interagem com o nosso aparato, e o que isso nos revela sobre a natureza do buraco negro. Logo, precisamos retomar a teoria até mesmo ao olhar para o resultado final – a foto – e saber o que significa!

Se a foto pode não representar um avanço tão grande no entendimento sobre buracos negros e é construída de um jeito – digamos – um tanto quanto artificial, será que ela é tão interessante assim? Com certeza, é! Por mais que apareça borrada, ainda assim é a primeira imagem construída a partir de dados vindos da própria natureza, e não de uma simulação computacional – na qual o mundo virtual é obrigado a aceitar nossas teorias como verdadeiras. Por mais que uma pitada de “imaginação científica” ainda seja necessária para dar sentido a tudo, é claro!

E, afinal, Einstein estava certo ou não?

Dentro do que já discutimos sobre uma teoria poder ser confirmada ou não, podemos discutir até que ponto o experimento mostra se ela é uma boa ideia ou não. De fato, como muitos apontaram, é um erro atribuir o estudo de buracos negros a Albert Einstein; portanto, não haveria como ele estar certo a respeito da natureza de um.

Mas vamos com calma! O buraco negro foi primeiramente proposto por Karl Scwarzschild em 1916 como solução para problemas colocados pela Teoria da Relatividade Geral de… Albert Einstein! Einstein era cético de que a solução matemática de Schwarzschild representaria algo possível fisicamente. De fato, nem tudo o que a matemática diz acontece na natureza, apesar de muitos acreditarem que ela quase sempre fornece sugestões muito interessantes e que merecem uma reflexão mais filosófica…

O tempo parece ter dado razão a Schwarzschild. Mas desse modo, qualquer descrição física de um buraco negro está amparada na teoria de Einstein, tendo ele acreditado na realidade dessa solução ou não.

Quando Katie e um grupo de astrônomos falam que estudaram a região onde acreditava-se haver um buraco negro e que têm uma imagem “real”, com dados extraídos diretamente da natureza, isso nos permitiria comparar essa foto com as imagens já existentes – frutos de simulações computacionais que levavam em conta várias considerações relativísticas – e então, o que tal comparação nos mostra? As duas imagens são semelhantes! Ou seja, a Teoria da Relatividade acertou outra previsão!

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Albert Einstein, pai da Teoria da Relatividade
Fonte: BBC
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À esquerda, a foto do buraco negro em M87. Ao centro, uma simulação computacional; e à direita, a mesma imagem “borrada” para comparação.
Fonte: Astrobites

A Teoria da Relatividade revela o grande mérito científico de Einstein à medida que propõe coisas que consideramos absurdas, mas que se mostraram verídicas em experimentos realizados com metodologias rigorosas, como também foi o caso da detecção das ondas gravitacionais, em 2016, cem anos após sua previsão! A capacidade de previsões tão acertadas a partir de meras sugestões da intuição matemática é uma das grandes belezas da física teórica!

A ciência na boca do povo!

A repercussão da façanha de tirar uma foto de um buraco negro, objeto que já intrigava leigos e cientistas há anos, foi enorme. A história da descoberta chegou em jornais e na TV, onde a ciência tem tão pouco espaço habitualmente, e pessoas foram contagiadas pelo entusiasmo dos cientistas, expondo suas dúvidas, seus encantos, tecendo suas críticas… a maior conquista científica, sem dúvidas, foi ver o mundo parar por uma semana para discutir a ciência! Na base do diálogo e da humildade, é possível levar uma divulgação científica de qualidade para o público.

No diálogo “O Sofista”, Platão afirma que não há razão para criar imagens copiadas do que é real, pois apenas o real é verdadeiro. Mas o objetivo da ciência moderna é captar cada nuance – até mesmo a mais imperceptível – do Universo que desejamos conhecer, e então retratar a melhor imagem de mundo possível. No entanto, assim como Platão, o cientista também acredita que a natureza é muito mais do que aquilo que podemos ver em uma foto. Sejam bem-vindos à ciência, onde tudo começa pela imaginação!

Referências:

[1] – Site ESO/HET <https://www.eso.org/public/science/event-horizon/&gt;

[2] – Sociedade Brasileira de Física – Primeira Imagem do Buraco Negro <http://www.sbfisica.org.br/v1/portalpion/index.php/noticias/86-primeira-imagem-do-buraco-negro&gt; acessado em 21/04/2019 às 14:21

[3] – UOL Notícias – ‘Parece que Einstein acertou mais uma vez’: análise de imagem inédita de buraco negro levou 2 anos <https://noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/bbc/2019/04/10/parece-que-einstein-acertou-mais-uma-vez-analise-de-imagem-inedita-de-buraco-negro-levou-2-anos.htm?utm_source=twitter&utm_medium=social-media&utm_content=geral&utm_campaign=ciencia&gt; acessado em 21/04/2019 às 14:23

[4] – Stephen Hawking – O Universo Numa Casca de Noz. Ed. Intrínseca, 2016

[5] – Atrobites – The First Image of a Black Hole <https://astrobites.org/2019/04/11/the-first-image-of-a-black-hole/&gt; acessado em 21/04/2019 às 14:49

[6] – Gaston Bachelard – A Formação do Espírito Científico. Ed. Contraponto, 2016

[7] – Karl Popper – A Lógica da Pesquisa Científica. Ed. Cultrix, 2013

 

Arthur Luiz é tecnólogo em Mecatrônica Industrial pela FTT, estudante de graduação em Física e pesquisador de iniciação científica em Filosofia da Ciência na UFABC. É membro do Clube de Astronomia Arcturus, no qual colabora com Divulgação Científica.

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