© NASA / Smithsonian Astrophysical Observatory

Sentado diante de uma mesa repleta de papéis com fórmulas matemáticas, o físico Élcio Abdalla apanha duas canetas esferográficas e bate levemente uma contra a outra, causando um estalo. “Um choque com esse nível de energia provoca deformações nas canetas que conseguimos descrever com as leis de Newton”, afirma Abdalla, referindo-se às expressões matemáticas formuladas há quase 300 anos pelo inglês Isaac Newton para explicar o movimento dos corpos na superfície do planeta ou mesmo no espaço. No entanto, continua Abdalla, seria necessário recorrer aos conceitos de uma área mais recente da física – a Mecânica Quântica, criada no início do século passado – para justificar as transformações que ocorreriam nessas canetas caso uma fosse lançada contra a outra com uma energia alta o suficiente para fazê-las em pedaços ou mesmo fundi-las. Agora, se fosse possível arremessar uma caneta contra a outra com uma energia elevada a ponto de o impacto pulverizar os átomos das canetas em seus componentes mais elementares, os quarks, os físicos não teriam a menor idéia do que ocorreria em seguida. “As teorias de que dispomos não conseguem prever o comportamento da matéria nesse nível de energia”, diz Abdalla, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP).

Calcula-se que para isolar os quarks formadores de uma partícula é necessário aquecê-la a uns 2 trilhões de graus, temperatura bilhões de vezes mais elevada que a do interior do Sol. É que só nesse nível de energia os componentes mais elementares da matéria conseguem superar as quatro forças da natureza – a gravidade e as forças eletromagnética, nuclear fraca e nuclear forte – que os mantêm unidos no núcleo dos átomos. Tamanha energia, claro, não se encontra em um canto qualquer do cosmo. Só deve existir em situações muito específicas, como os primeiros instantes após o Big Bang, a gigantesca explosão ocorrida que teria originado o Universo e até mesmo o tempo há 13,7 bilhões de anos ou ainda em regiões próximas a poderosos buracos negros, os maiores devoradores de matéria e energia do cosmo (veja animação sobre o que acontece com um corpo que passa perto de um buraco negro) 

Investigando essas situações pouco comuns, Abdalla e outros físicos de São Paulo, Campinas, São Carlos e Belém, no Pará, vêm nos últimos cinco anos desvendando fenômenos que ajudam a caracterizar melhor os buracos negros e o comportamento da própria natureza ao redor desses potentes aspiradores cósmicos dos quais nem a luz escapa. Assim, tentam aproximar a física do infinitamente pequeno à do infinitamente grande. Obviamente, ainda está longe de terminar esse trabalho de construção de outra forma de pensar a origem e o destino do Universo.

De acordo com a teoria do Big Bang, à medida que se recua no tempo rumo a essa explosão primordial, encontra-se um Universo mais e mais quente e denso, com a matéria concentrada em um espaço cada vez menor. Mas a partir de determinado grau de condensação as duas teorias que melhor descrevem os fenômenos da natureza e são consideradas os alicerces da física moderna – a Mecânica Quântica e a Relatividade Geral, que, respectivamente, tratam do mundo das partículas e do comportamento de estrelas, planetas e galáxias – simplesmente param de funcionar. E até o momento os físicos não conceberam uma teoria completa e consistente, aceita pela maioria deles, capaz de explicar o que deve ter ocorrido em um período muito antes do primeiro segundo de vida do cosmo, no qual toda a matéria e energia que existem hoje já estiveram comprimidas em um espaço trilhões de vezes menor que a ponta de uma agulha.

“Nessa escala se observa a confluência da física de partículas de altíssimas energias e da cosmologia, porque ela guarda a história dos tempos em que o hoje infinitamente grande era infinitamente pequeno”, comenta o físico Luiz Carlos de Menezes, da USP, que no livro A matéria – uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico define a física como um jogo no qual se tenta identificar a totalidade onde só se vêem fragmentos, procurar a permanência onde só se percebem transformações e abranger o maior número de fenômenos com o menor número de princípios.

Nesse ambiente especial medem-se as principais grandezas físicas (tempo, massa, energia e comprimento) em uma escala específica, a chamada escala de Planck – referência às unidades de medida definidas no início do século passado pelo físico alemão Max Planck, o criador da física quântica. A partir de três grandezas constantes do Universo, Planck conseguiu estabelecer uma espécie de métrica da natureza, em que as unidades de medida não variam de um país para outro, como acontece com o metro, usado no Brasil, ou a milha, adotada para medir comprimento nos países anglo-saxões. Alberto Vazquez Saa, físico teórico da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), classifica de extremos os fenômenos da escala de Planck. “São extremamente rápidos, extremamente energéticos e se passam em espaços extremamente diminutos”, diz. Apenas para se ter uma idéia de quão extremos são esses fenômenos, nessa escala a energia de uma única partícula atômica como o elétron corresponderia à de um carro viajando à incrível velocidade de 7 mil quilômetros por hora – se esse carro existisse, daria a volta no planeta em menos de seis horas.