Para considerar mundos habitáveis, civilizações avançadas, como encontrar e classificá-las, a Astrobiology Magazine teve a chance de descobrir com o Dr. Michio Kaku que as leis da física têm muito a dizer sobre as possibilidades – pelo menos muito mais do que onde você esperaria que a especulação o levasse a partir deste nosso cantinho do Universo.
O Dr. Michio Kaku graduou-se em Harvard em 1968 com as maiores honrarias e como número um em sua turma de física. Ele foi para o Berkeley Radiation Laboratory (Laboratório de Radiação Berkeley) da University of California (Universidade da Califórina) em 1972 e em 1973, Dr. Kaku organizou uma conferência na Princeton University (Universidade de Princeton). Hoje ele ocupa a cadeira Henry Semat de Física Teórica na City University of New York – CUNY (Universidade da Cidade de Nova Iorque), onde ele tem lecionado por mais de 25 anos.
O Dr. Kaku é uma autoriadade internacionalmente reconhecida em física teórica e em meio-ambiente. Seus mais populares e mais vendidos livros incluem “Hiperespaço: Uma Odisseia Científica Através de Universos Paralelos, Empenamentos do Tempo e a Décima Dimensão”, “Visões do Futuro: Como a Ciência Revolucionará o Século XXI”, que vêm sendo amplamente traduzidos em distintos idiomas. Toda semana ele apresenta um programa de uma hora chamado “Explorations in Science” (Explorações na Ciência), que cobre tópicos em ciência, tecnologia, guerra e política.
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Astrobiology Magazine (AM): Você pode comentar sobre como a física tem mudado o lugar da Terra de uma posição de raridade (ou Antropomorfismo) para a visão de nossa posição como um cantinho entre possivelmente bilhões de mundos habitáveis disponíveis para a evolução de vida complexa
Michio Kaku (MK): A pergunta não é mais uma questão de especulação inútil. Em breve a humanidade irá encarar um choque existencial quando a atual lista de uma dezena de planetas extrassolares do tamanho de Júpiter se elevar para centenas de planetas do tamanho da Terra, quase irmãos gêmeos de nossa terra natal celeste. Isto pode anunciar uma nova era em nosso relacionamento com o Universo. Nós nunca mais iremos ver o céu noturno da mesma forma novamente, nos dando conta de que os cientistas podem eventualmente compilar uma enciclopédia identificando as precisas coordenadas de talvez centenas de planetas como a Terra.
Hoje em dia, a cada poucas semanas surgem noticias de um novo planeta extrassolar do tamanho de Júpiter sendo descoberto, o último estando a uns 15 anos-luz de distância, orbitando a estrela Gliese 876. A mais espetacular destas descobertas foi fotografado pelo Hubble Space Telescope (Telescópio Espacial Hubble), que capturou fotos de tirar o fôlego de um planeta a 450 anos-luz de distância sendo lançado para o espaço por um sistema estelar duplo.
Mas o melhor ainda está por vir. Logo no início da próxima década, cientistas lançarão um novo tipo de telescópio, o telescópio espacial de interferometria, que usa a interferência dos feixes de luz para ampliar o poder de resolução dos telescópios.
Por exemplo, a Space Interferometry Mission – SIM (Missão de Interferometria Espacial), a ser lançada no final desta década, consiste em múltiplos telescópios posicionados ao longo de uma estrutura de 30 pés (quase 10 m). Com uma resolução sem precedentes que se aproxima dos limites da óptica, a SIM é tão sensível que ela quase desafia nossa crença, já que pode detectar o movimento de uma lanterna sendo agitada por um astronauta em Marte!
SIM com lançamento planejado para 2009, cancelado em 2010. Crédito: NASA/JPL
SIM com lançamento planejado para 2009, cancelado em 2010. Crédito: NASA/JPL
SIM com lançamento planejado para 2009, cancelado em 2010. Crédito: NASA/JPL
A SIM, por sua vez, irá pavimentar o caminho para o Terrestrial Planet Finder (Buscador de Planetas Terresters), a ser lançado na próxima década, que deverá identificar ainda mais planetas como a Terra. Ele irá escanear as 1.000 estrelas mais luminosas dentro de 50 anos-luz da Terra e irá focar nos 50 a 100 sistemas planetários mais brilhantes.
Tudo isto, por sua vez, estimulará um esforço ativo para determinar se algum deles abriga vida, talvez algum com civilizações mais avançadas que a nossa.
AM: Como se pode começar a considerar este panorama cientificamente?
MK: Apesar de ser impossível prever as características exatas de tais civilizações avançadas, seus esboços gerais podem ser analisados pelas leis da física. Não importa quantos milhões de anos separam nós deles, eles ainda têm de obedecer às leis de ferro da física, que agora são avançadas o suficiente para explicar tudo das partículas sub-atômicas para a estrutura em larga escala do Universo, através de vertiginosas 43 ordens de magnitude.
Especificamente, podemos ranquear as civilizações pelo seu consumo de energia, usando os seguintes princípios:
1) As leis da termodinâmica. Mesmo uma civilização avançada é limitada pelas leis da termodinâmica, especialmente a Segunda Lei, e podem portanto ser ranqueadas pela energia à sua disposição.
2) As leis da matéria estável. Matéria bariônica (Ex: a baseada em prótons e nêutrons) tende a se acumular em três grandes agrupamentos: planetas, estrelas e galáxias (isto é bem definido pelo produto da evolução estelar e galáctica, fusão termonuclear, etc). Então, esta energia também será baseada nestes três tipos distintos e isto coloca limites superiores nas suas taxas de consumo de energia.
3) As leis da evolução planetária. Qualquer civilização avançada tem de crescer em consumo de energia mais rapidamente que a frequência de catástrofes ameaçadoras da vida (Ex: impactos de meteoros, idades do gelo, supernovas, etc). Se elas crescerem mais lentamente, são condenadas à extinção. Isto coloca limites matemáticos inferiores na taxa de crescimento destas civilizações.
Em um artigo pioneiro publicado em 1964 no Journal of Soviet Astronomy, o astrofísico russo Nicolai Kardashev teorizou que civilizações avançadas devem ser então agrupadas em três tipos: Tipo I, II e III, que dominaram formas de energia planetária, estelar e galáctica, respectivamente. Ele calculou que o consumo de energia destes três tipos de civilização seria separado por um fator de muitos bilhões.
AM: Quanto tempo levaria para uma civilização alcançar os patamares de Tipo II e III?
MK: O astrônomo de Berkeley Don Goldsmith nos lembra que a Terra recebe cerca de um bilionésimo da energia do Sol e que humanos utilizam aproximadamente um milionésimo dela. Então nós consumimos aproximadamente um milhão de bilionésimos do total de energia do Sol. No momento, nossa produção total de energia planetária é de uns 10 bilhões de bilhões de ergs por segundo. Mas nosso consumo de energia está crescendo exponencialmente e por isto podemos calcular quanto levará para crescer até os patamares do Tipo II e III.
Goldsmith diz “veja quão longe chegamos no uso de energia desde que descobrimos como manipular energia, como fazer combustíveis fósseis realmente funcionar, como criar potência elétrica da energia hidráulica e por aí vai. Nós chegamos a usos de energia em uma quantidade extraordinária em apenas uns dois séculos, em comparação com os bilhões de anos em que o nosso planeta está aqui… E este mesmo tipo de coisa pode se aplicar a outras civilizações.
O físico Freeman Dyson do Institute for Advanced Study (Instituto de Estudo Avançado) estima que, dentro de 200 anos ou mais, deveremos alcançar o patamar do Tipo I. De fato, crescendo a uma moderada taxa de 1% por ano, Kardashev estimou que levaria apenas 3.200 anos para alcançar o patamar de Tipo II e 5.800 para chegar ao patamar de Tipo III.
Por exemplo, uma civilização Tipo I, é realmente uma que dominou a maioria das formas de energia planetária. Esta produção de energia pode ser da ordem de bilhões de vezes nossa produção planetária atual. Mark Twain disse uma vez “todos reclamam sobre as condições do tempo, mas ninguém faz nada a respeito.” Isto pode mudar com uma civilização do Tipo I, que tem energia suficiente para modificar a as condições meteorológicas. Eles também possuem energia suficiente para alterar o curso de terremotos, vulcões e construir cidades em seus oceanos.
Atualmente nossa produção de energia nos qualifica para o patamar do Tipo O. Nós não obtemos nossa energia dominando as forças globais, mas queimando plantas mortas (Ex: petróleo e carvão). Mas nós já podemos ver as sementes de uma civilização do Tipo I. Vemos o início de um idioma planetário (inglês), um sistema planetário de comunicação (a internet), uma economia planetária (o surgimento da União Europeia) e mesmo o começo de uma cultura planetária (via as mídias globais, a TV, a música rock e os filmes de Hollywood).
Por definição, uma civilização avançada tem de crescer mais rápido que a frequência de catástrofes ameaçadoras da vida. Uma vez que o impacto de grandes meteoros e cometas ocorre uma vez a cada poucos milhares de anos, uma civilização do Tipo I deve dominar a viagem espacial para desviar detritos espaciais dentro deste intervalo de tempo, o que não deve ser realmente um problema. Eras do gelo podem ocorrer em uma escala de tempo de dezenas de milhares de anos, então uma civilização do Tipo I tem de aprender como modificar as condições meteorológicas dentro de tal intervalo de tempo.
AM: Se eu o acompanhei bem até sua conclusão, isto implica que qualquer civilização tecnologicamente avançada que está limitada geograficamente (ou terrestrialmente) deve colapsar após uns poucos milhares de anos bem no auge de sua classificação do Tipo I?
MK: Catástrofes artificiais e internas também devem ser geridas. Mas o problema da poluição global é um risco mortal apenas para uma civilização do Tipo 0; uma civilização Tipo I viveu vários milênios como uma civilização planetária, necessariamente atingindo um equilíbrio ecológico planetário. Problemas internos como guerras impõem sim uma séria ameaça recorrente, mas eles tiveram milhares de anos para resolver conflitos raciais, nacionais e sectários.
Eventualmente, após vários milhares de anos, uma civilização do Tipo I irá exaurir o poder de um planeta e irá obter sua energia consumindo toda a produção de energia de seu sol, ou grosseiramente um bilhão de trilhão de trilhão de ergs por segundo.
Como sua produção de energia comparável com a de uma pequena estrela, eles devem ser visíveis no espaço. Dyson propôs que uma civilização do Tipo II pode eventualmente construir uma gigantesca esfera ao redor de sua estrela para utilizar mais eficientemente sua produção de energia total. Mesmo que eles tentem ocultar sua existência, eles devem, pela Segunda Lei da Termodinâmica, emitir calor como descarte. A partir do espaço exterior, seu planeta pode brilhar como um ornamento em uma árvore de Natal. Dyson até propôs procurar especificamente por emissões em infravermelho (ao invés de rádio e TV) para identificar estas civilizações do Tipo II.
Arecibo: The Largest Telescope. Credit: National Astronomy and Ionosphere Center, Cornell U., NSF
‘[Contatar outras civilizações] é muito caro, é melhor gastar nossos recursos ouvindo.’ – Frank Drake. Imagem: Arecibo Radio Telescope. Crédito da Imagem: National Astronomy and Ionosphere Center, Cornell U., NSF
‘[Contatar outras civilizações] é muito caro, é melhor gastar nossos recursos ouvindo.’ – Frank Drake. Imagem: Arecibo Radio Telescope. Crédito da Imagem: National Astronomy and Ionosphere Center, Cornell U., NSF
Talvez a única séria ameaça a uma civilização do Tipo II seja uma explosão de supernova próxima, cuja súbita erupção poderia queimar seu planeta em uma rajada debilitadora de raios-X, matando todas as formas de vida. Então, talvez a mais interessante civilização seja a do Tipo III, por sua verdadeira imortalidade. Eles exauriram o poder de uma estrela individual e alcançaram outros sistemas estelares. Nenhuma catástrofe natural conhecida pela ciência é capaz de destruir uma civilização do Tipo III.
Confrontada como uma supernova vizinha, ela teria diversas alternativas, como alterar a evolução da estrela gigante vermelha que está morrendo e prestes a explodir, ou deixando este sistema estelar em particular e terraformando um sistema planetário próximo.
Confrontada como uma supernova vizinha, ela teria diversas alternativas, como alterar a evolução da estrela gigante vermelha que está morrendo e prestes a explodir, ou deixando este sistema estelar em particular e terraformando um sistema planetário próximo.
AM: Frank Drake ao formular a probabilidade para civilizações alcançarem a maturidade para comunicação interestelar, comentou que o fator de sobrevivência é o mais difícil de avaliar ou prever. Você concluiria que esta incerteza é máxima também, ou outra desconhecida domina suas considerações?
MK: Há obstáculos para uma civilização do Tipo III emergente. Eventualmente, ela colide contra outra lei de ferro da física, como a teoria da relatividade. Dyson estima que isto pode atrasar a transição para um Tipo III por talvez milhões de anos.
Mas mesmo com a barreira da luz, há várias maneiras de expandir a velocidades próximas da luz. Por exemplo, a última providência para a capacidade de um foguete é medida por algo chamado “impulso específico” (definido como o produto do impulso com a duração, medido em unidades de segundos). Foguetes químicos podem conseguir impulsos específicos de várias centenas a vários milhares de segundos. Motores de íons podem alcançar dezenas de milhares de segundos. Mas para chegar a velocidades próximas da luz, é preciso alcançar um impulso específico de uns 30 milhões de segundos, o que é bem acima de nossa capacidade atual, mas não de uma civilização do Tipo III. Uma variedade de sistemas de propulsão estariam disponíveis para sondas sub-velocidade da luz (tais como motores de fusão com aríete a jato, motores fotônicos, etc).
AM: Para alcançar a classificação Tipo III, uma civilização tem de cruzar a barreira da luz de alguma forma não compreendida hoje pela física – isto é, se a galáxia é sua ”casa”. Uma vez que a relatividade impõe uma dilatação do tempo em formas que são catastróficas para a maioria das formas de biologia que podemos imaginar, isto implica no inevitável aumento de máquinas assim favorecidas para a exploração espacial no caminho para o patamar do Tipo III?
MK: Na ficção científica, a busca por mundos habitados foi imortalizada na TV por heroicos e audaciosos capitães comandando uma nave estelar solitária, ou como os mortíferos Borg, uma civilização que absorve civilizações menores do Tipo II (como a Federação). No entanto, o método matemático mais eficiente para explorar o espaço é bem menos glamoroso: enviar frotas de “sondas de Von Neumann” através da galáxia (nomeada após Von Neumann, que estabeleceu as leis matemáticas de sistemas auto-replicantes).
Uma sonda de Von Neumann é um robô desenvolvido para alcançar sistemas estelares distantes e criar fábricas que irão reproduzir cópias deles aos milhares. Uma lua morta, ao invés de um planeta, constitui o destino ideal para sondas de Von Neumann, já que elas podem facilmente pousar e decolar destas luas e também porque estas luas não possuem erosão. Estas sondas viveriam fora no solo, usando depósitos de ocorrência natural de ferro, níquel, etc., para criar a matéria-prima para construir uma fábrica de robôs. Elas criariam milhares de cópias delas mesmas que iriam então dispersar e vasculhar por outros sistemas estelares.
“A luminosidade de estrelas como o Sol muda bem gradualmente, ao longo de milhões de anos. Isto é tempo suficiente para montar um programa tecnológico maciço para se mudar para fora do sistema planetário.” – Frank Drake.Crédito da Imagem: Anima Tek Int.
“A luminosidade de estrelas como o Sol muda bem gradualmente, ao longo de milhões de anos. Isto é tempo suficiente para montar um programa tecnológico maciço para se mudar para fora do sistema planetário.” – Frank Drake.Crédito da Imagem: Anima Tek Int.
“A luminosidade de estrelas como o Sol muda bem gradualmente, ao longo de milhões de anos. Isto é tempo suficiente para montar um programa tecnológico maciço para se mudar para fora do sistema planetário.” – Frank Drake.Crédito da Imagem: Anima Tek Int.
Similar a um vírus colonizando um corpo de muitas vezes o seu tamanho, eventualmente haverá uma esfera de trilhões de sondas de Von Neumann expandindo-se em todas as direções, aumentando a uma fração da velocidade da luz. Desta maneira, mesmo uma galáxia de 100.000 anos-luz de diâmetro pode ser completamente analisada dentro de, digamos, meio milhão de anos.
Mesmo se uma sonda de Von Neumann só encontrar evidência de vida primitiva, (como uma instável e selvagem civilização Tipo 0), ela pode simplesmente ficar dormente em uma lua, silenciosamente esperando por vários milênios, podendo ser ativada quando a emergente civilização do Tipo I for avançada o suficiente para estabelecer uma colônia lunar. O físico Paul Davies da University of Adelaide até levantou a possibilidade de haver uma sonda de Von Neumann descansando em nossa própria lua, deixada por uma visita prévia ao nosso sistema éons atrás.
(Se isto soa familiar, é porque foi a base do filme 2001: Uma Odisseia no Espaço. Originalmente Stanley Kubrick começou o filme com uma série de cientistas explicando como sondas como estas poderiam ser o método mais eficiente de explorar o espaço exterior. Infelizmente, no último minuto, Kubrick cortou o segmento inicial do seu filme, e estes monólitos se tornaram quase entidades místicas).
AM: Quando entrevistamos o teórico das supercordas, Brian Greene, ele estava algo filosófico sobre energias danosas na escala de Planck, ou se as fronteiras da física mesmo poderiam oferecer um meio de manipular até o espaço de uma maneira que permita a uma civilização do Tipo III emergir. Assim como a sobrevivência planetária parece um obstáculo para a Tipo I, será a crise da civilização do Tipo III algo comparável a aprender como manipular o espaço em si de formas não imaginadas ainda?
MK: Há também a possibilidade de que uma civilização do Tipo II ou do Tipo III possa ser capaz de alcançar a mítica energia de Planck com suas máquinas (1019 bilhões de elétron volts). Esta energia é um quadrilhão de vezes maior que nosso mais potente colisor de átomos. Esta energia, tão fantástica como parece ser, está (por definição) dentro do alcance de uma civilização do Tipo II ou III.
A energia de Planck ocorre apenas no centro de buracos negros e no instante do Big Bang (Grande Explosão). Mas com avanços recentes na gravidade quântica e teoria das supercordas, há um renovado interesse entre os físicos sobre energias tão vastas que os efeitos quânticos rasgam o tecido do espaço e tempo. Apesar de não ser de forma alguma certo que a física quântica permita buracos de minhoca estáveis, isto levanta a possibilidade remota de que civilizações suficientemente avançadas possam ser capazes de se mover via buracos no espaço, como o Espelho da Alice. E se tais civilizações podem navegar por buracos de minhoca estáveis com sucesso, então alcançar um impulso específico de um milhão de segundos não é mais um problema. Elas meramente pegam um atalho através da galáxia. Isto iria reduzir enormemente a transição entre uma civilização do Tipo II para o Tipo III.
Em segundo lugar, a habilidade de abrir buracos no espaço e tempo pode ficar à mão um dia. Astrônomos analisando a luz de supernovas distantes, concluíram recentemente que o Universo pode estar acelerando, ao invés de estar reduzindo sua velocidade. Se isto for verdade, pode haver uma força anti-gravidade (talvez a constante cosmológica de Einstein) que está contra-interagindo com a atração gravitacional de galáxias distantes. Mas isto também significa que o Universo pode expandir para sempre em um Big Chill (Grande Resfriamento), até as temperaturas se aproximarem do zero absoluto. Vários artigos recentemente mostraram como tal universo sinistro se pareceria. Será uma visão lamentável: qualquer civilização que sobreviva estará desesperadamente amontoada próxima das brasas de estrelas de nêutrons enfraquecidas a morrer e buracos negros. Toda vida inteligente morrerá quando o Universo morrer.
AM: Então há algum tipo de final inevitável para a vida inteligente, não importa quão avançada esta civilização em particular possa se tornar?
MK: O astrônomo John Barrows da University of Susses escreveu “Suponha que nós estendamos a classificação para cima. Membros destas hipotéticas civilizações do Tipo IV, V, VI… e por aí vai, seriam capazes de manipular as estruturas no Universo em maiores e maiores escalas, envolvendo grupos de galáxias, aglomerados e superaglomerados de galáxias.” Civilizações além do Tipo III podem ter energia suficiente para escapar do nosso universo em falecimento através de buracos no espaço.
Finalmente o físico Alan Guth do MIT, um dos criadores da teoria do universo inflacionário chegou até a computar a energia necessária para criar um universo bebê no laboratório (a temperatura é de 1.000 trilhões de graus, o que é dentro do alcance destas civilizações hipotéticas).
Tradutor: Bruno Martini
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