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Vinte e Sete Zeros
Vamos começar com uma pergunta incômoda: por que o Universo se parece com um cérebro?
Justamente se parece — com todo o rigor estatístico que a ciência moderna é capaz de oferecer.
Vazza e Feletti foram longe de serem os primeiros a perceber isso. A semelhança visual entre microfotografias de redes neurais e modelos computacionais da estrutura em larga escala do Universo já circulava pela internet havia tempo como meme, curiosidade e pôster bonito para o escritório de um físico com senso de humor. Mas até 2020 ninguém tinha de fato calculado isso.
Vazza e Feletti calcularam — e eis o que deu. Mas primeiro um pouco de contexto, sem o qual quaisquer números permanecem apenas números.
Como descobrimos que o Universo é uma teia.
Até os anos 1980, cosmólogos achavam que as galáxias estavam distribuídas pelo Universo mais ou menos uniformemente — como passas na massa de um panetone, aleatórias, mas em média homogêneas. Aí vieram os levantamentos de desvio para o vermelho — mapas sistemáticos da posição tridimensional das galáxias: CfA Redshift Survey de 1986, Sloan Digital Sky Survey nos anos 2000. E a massa revelou-se uma esponja.
As galáxias estão espalhadas de tudo menos uniformemente: elas se concentram em filamentos — estruturas longas e finas, estendidas através do vazio — e os filamentos convergem em nós, aglomerados massivos cada um dos quais contém de centenas a milhares de galáxias. Entre os filamentos ficam os vazios cósmicos, bolhas de vácuo nas quais não há quase nada: o diâmetro de um vazio médio vai de cem a trezentos milhões de anos-luz, e o volume chega aos trilhões de anos-luz cúbicos.
Toda essa construção é a teia cósmica — a maior estrutura do Universo observável, tão grande que a luz precisa de bilhões de anos para cruzá-la de ponta a ponta, e tão bonita que, em 2020, pesquisadores da UC Santa Cruz tentaram modelá-la com um algoritmo inspirado no bolor limoso Physarum polycephalum — e obtiveram uma correspondência quase perfeita com as observações. O bolor limoso — um plasmódio unicelular sem sistema nervoso (literalmente uma célula gigante com milhões de núcleos) — constrói redes de transporte matematicamente idênticas à estrutura em larga escala do Universo.
(Aqui vale parar: um bolor limoso sem nenhum cérebro constrói uma rede como a do Universo — e, nesse caso, você tem mesmo certeza de que “consciência” é necessária para criar estrutura, ou, talvez, bastem apenas regras?)
A teia cósmica é a estrutura em larga escala do Universo: conexões entre galáxias (galáxias — são nós): filamentos de matéria escura e gás, estendidos através do vazio, com dezenas e centenas de megaparsecs de comprimento. Entre os filamentos — vazios, bolhas de vácuo com diâmetros de centenas de milhões de anos-luz. Todo o Universo observável é uma espuma de filamentos e vazios, e se você pudesse olhar para ele de fora (de onde, afinal?), veria — uma teia.
Teia no sentido literal — uma rede tridimensional de estruturas filamentares, conectadas por nós, com uma escala característica de célula e distribuição em lei de potência das conexões.
A rede neural do cérebro é, grosso modo, a mesma coisa: cem bilhões de nós (neurônios), conectados por cem trilhões de conexões (sinapses), organizados em camadas, colunas e módulos. Entre os agrupamentos densos de neurônios — também há “vazios”: regiões de substância branca, onde passam apenas axônios — “cabos” longos que conectam regiões distantes.
Vazza e Feletti pegaram ambos os conjuntos de dados — simulações cosmológicas e microfotografias de cortes do cérebro — e aplicaram as mesmas ferramentas de análise.
Os resultados de quatro testes se apresentam assim.
Teste um: distribuição da complexidade. Imagine que você está ouvindo música e quer saber quanto tem de grave, quanto de médio, quanto de agudo. Para isso existe um truque matemático — ele decompõe qualquer sinal em “camadas” por escala. Os físicos chamam isso de análise espectral; para nós o que importa é uma coisa — funciona como raio-X: mostra a estrutura interna, invisível ao olho.
Vazza e Feletti passaram ambos os sistemas por esse “raio-X” — a teia cósmica e o cérebro. Resultado: um espectro idêntico, no qual dominam as mesmas “frequências” e ficam suprimidas as mesmas; as curvas nos gráficos são paralelas e estão deslocadas exatamente pelo fator de escala que separa um neurônio de um aglomerado galáctico.
Como concretamente fizeram. Vazza pegou um modelo computacional do Universo — uma simulação na qual o computador calcula o movimento de bilhões de partículas sob ação da gravidade. Feletti pegou fotografias de cortes do cérebro em microscópio eletrônico — tão detalhadas que se vê cada neurônio individual. Ambos os conjuntos de dados são tridimensionais. Ambos contêm pontos e conexões entre eles. E ambos foram processados pelo mesmo programa: um código, dois mundos, um resultado.
Isso é importante. Comparar imagens a olho nu dá pareidolia (o cérebro vê o que quer ver), enquanto um e o mesmo teste matemático sobre dois conjuntos de dados já não envolve o olho. O olho pode ser enganado, a matemática não.
Teste dois: como as conexões são organizadas. Vazza e Feletti desenharam ambos os sistemas como esquemas: pontos (nós) e linhas entre eles (conexões). E contaram como os pontos estão conectados. Quantas conexões cada nó tem? No cosmos — em média 3,8–4,1, no cérebro — 4,6–5,4; para comparação, na malha viária de Nova York dá cerca de 3 (cruzamentos), e na internet — de 2 a 7. Cérebro e Universo — no mesmo corredor estreito. Como duas cidades construídas segundo a mesma planta urbanística em continentes diferentes.
Teste três: agrupamento. Em ambos os sistemas os nós estão reunidos em grupos densos, conectados por “pontes” longas. Esse tipo de organização se chama “rede de mundo pequeno” — você provavelmente já ouviu que quaisquer duas pessoas na Terra estão separadas por no máximo seis apertos de mão. É isso. O cérebro é organizado como “mundo pequeno”, e o Universo — também, e a internet — também, só que com outros números na fórmula.
Teste quatro: quanto cabe. Vazza estimou a capacidade informacional de ambos os sistemas — quantos “sim/não” podem ser codificados neles. O Universo observável armazena cerca de 4,3 petabytes (um petabyte é um milhão de gigabytes, aproximadamente duzentos mil filmes em HD). O cérebro humano — 2,5 petabytes. A diferença — menos de duas vezes. Sendo que a diferença de tamanho — vinte e sete ordens de grandeza.
Do press release que acompanha o artigo, resumem os próprios autores. Feletti: “A conectividade dentro das duas redes provavelmente evolui seguindo os mesmos princípios físicos, apesar da diferença evidente entre as forças físicas que regulam galáxias e neurônios”.
Releia essa frase devagar, mais uma vez — ela vale a pena ler até o ponto final e depois voltar ao início.
Você acabou de pensar uma de duas coisas: ou “e daí, os números são parecidos, isso não significa nada”, ou “peraí, isso quer dizer que o Universo lembra?” Ambas as reações são razoáveis: a primeira é segura, a segunda é assustadora — assustadora porque, se for verdade, então cada galáxia se torna um registro, cada vazio — uma pausa entre registros, e o que habitualmente chamamos de “Universo observável” se revela memória de 93 bilhões de anos-luz de extensão, enquanto a velha imagem do “espaço com objetos” desmorona nas suas mãos. De quem exatamente é essa memória — já é outra pergunta.
Agora — a parte honesta. Sem ela, tudo o que veio antes seria propaganda em embalagem de ciência.
O que isso não prova.
Existe mais um paralelo que circula pela internet e merece uma análise honesta. Setenta por cento da massa-energia do Universo é energia escura, o componente “passivo” que acelera a expansão. Setenta por cento da massa do cérebro é água. Os trinta por cento restantes — a estrutura “ativa”: galáxias (cosmos) e neurônios (cérebro).
A coincidência numérica é impressionante, mas superficial. A água no cérebro é participante ativa da bioquímica: transporte iônico, osmose, enovelamento de proteínas. A energia escura acelera a expansão do Universo. As funções são fundamentalmente diferentes. Isso é uma coincidência numérica, nada mais — bonita para um pôster no corredor, mas inútil para a ciência de verdade.
Digo isso porque a honestidade aqui é mais importante do que qualquer “efeito uau”: neste livro haverá “uaus” verdadeiros suficientes mesmo sem falsificações.
O que isso também não prova.
Isso ainda não prova que o Universo seja um cérebro nem que ele “pense”, “sinta” ou “tenha consciência”. Semelhança de estrutura e semelhança de função são coisas diferentes: o sistema circulatório, o sistema radicular de uma árvore, o metrô de São Paulo — também são redes, e nem tudo que se organiza como rede neural é uma rede neural.
Contra-argumento — e ele é sério. Os físicos Barabási e Albert mostraram em 1999: muitas redes complexas — da internet a interações de proteínas na célula — são organizadas segundo a mesma lei. A maioria dos nós tem poucas conexões, mas alguns têm muitas. Como na escola: a maioria dos alunos tem cinco ou seis amigos, mas um deles conhece cem pessoas. Isso é propriedade da auto-organização como tal, e supor aqui qualquer “mente” unificada não é nem um pouco obrigatório. Pode ser que o cérebro e o Universo se pareçam simplesmente porque ambos são produtos de auto-organização. Como flocos de neve se parecem com estrelas — porque a física da simetria é uma só.
Resposta — e ela também é séria. Vazza e Feletti compararam o cérebro e o Universo não apenas entre si, mas também com outras redes — nuvens, galhos de árvores, fluxos de água. O cérebro e o Universo se mostraram mais parecidos entre si do que com qualquer um desses sistemas. Se fosse apenas uma questão de leis universais de crescimento de redes, a semelhança seria igual para todas. Não é. Cérebro e Universo — um caso especial.
Krioukov e coautores (Scientific Reports, 2012) foram ainda mais longe. Mostraram que o modo como nosso Universo em expansão cresce, e o modo como crescem as redes complexas (internet, redes sociais), são descritos pelas mesmas equações. Literalmente: coloque uns números — obtém a internet; coloque outros — obtém o espaço-tempo; uma mesma fórmula descreve dois mundos que não têm nada em comum.
Isso já sai dos limites da pareidolia e sugere que a auto-organização em si precisa de explicação: ela se revela parte do enigma, e no papel de solução desse enigma já não pode se apresentar.
Tem ainda outro resultado, tão estranho que não sei em que rubrica colocá-lo. Em 2020, pesquisadores da UC Santa Cruz usaram o bolor limoso Physarum polycephalum — um plasmódio sem sistema nervoso cujo único patrimônio são gosma amarela, milhões de núcleos numa citoplasma comum e uma capacidade espantosa de construir redes de transporte ótimas — para mapear a teia cósmica.
O bolor limoso — em laboratório — constrói uma rede. Ela minimiza o comprimento dos caminhos e maximiza a conectividade. É uma rede ótima, a melhor possível dentro das restrições dadas.
Os pesquisadores criaram a Monte Carlo Physarum Machine — um algoritmo inspirado no comportamento do bolor limoso — e o aplicaram a dados de 450 000 halos de matéria escura de simulações cosmológicas. Resultado: “correspondência quase perfeita” com a teia cósmica observada.
O bolor limoso sem cérebro constrói a mesma rede que o Universo.
Pense nisso: um bolor limoso sem sistema nervoso e o Universo observável resolvem o mesmo problema de otimização com a mesma resposta, em escalas que diferem em vezes.
O argumento aqui é outro: as regras de otimização são as mesmas em todo lugar, em cada escala, do bolor limoso ao superaglomerado — simplesmente porque não existe outro ótimo em princípio, e a própria matemática dessa otimização é uma só, sem nenhuma dependência do substrato.
Se no Japão — onde o Physarum polycephalum, aliás, foi usado para otimizar o metrô de Tóquio (Tero et al., Science, 2010) — dissessem aos cientistas: “O seu bolor limoso projeta o cosmos” — eles provavelmente ririam. E estariam errados.
Daqui em diante começa o território no qual a maioria dos cientistas prefere parar, porque ali fica incômodo: a ciência continua ali, é claro, mas exige perguntas incômodas, para as quais nenhum dividendo de carreira costuma ser emitido.
Se o Universo e o cérebro são da mesma classe de sistemas, a classe precisa de um nome. Dizer “auto-organização” é não dizer nada: a palavra descreve o como exatamente a ordem se monta, ao passo que da pergunta o que exatamente se monta ela sequer chega perto. Como é possível que a auto-organização na escala do neurônio e na escala do superaglomerado de galáxias dê o mesmo resultado?
Vamos reunir as coincidências num só lugar. Em tabela. Para que não seja “impressão” — e sim dados.
| Parâmetro | Cérebro | Universo |
|---|---|---|
| Nós | neurônios | galáxias |
| Conexões por nó | 4,6–5,4 | 3,8–4,1 |
| Informação | 2,5 petabytes | 4,3 petabytes |
| Componente “passivo” | 75% (água) | 68% (energia escura) |
| Arquitetura | small-world | small-world |
| Dimensão fractal | 2,0 | 2,2 |
Cem bilhões de neurônios e cem bilhões de galáxias — um mesmo número. Quatro a cinco conexões por nó — uma mesma topologia. Dois e meio contra quatro e pouco petabytes — uma mesma ordem de grandeza.
Qualquer um desses parâmetros isoladamente é explicável; duas coincidências fazem uma “coincidência interessante”; três — “valeria uma olhada”; seis — já é padrão, e a partir daí restam duas opções para explicar esse padrão.
A primeira — coincidência: seis coincidências sem relação entre si; estatisticamente improvável, mas não impossível. Seis caras seguidas — probabilidade , improvável mas acontece: a matemática permite, a ciência aceita, a vida segue.
A segunda — um princípio comum: algo mais profundo do que a física dos neurônios e a física das galáxias determina a arquitetura de ambos; algo que funciona do mesmo jeito em qualquer escala e que ainda não sabemos nomear, mas que já podemos medir.
A primeira opção é segura pelos padrões de carreira, a segunda é interessante pelos padrões substantivos; na ciência, como no pôquer, a opção segura rende pouco, enquanto a interessante pode render tudo ou nada — mas vale a aposta, e este livro é sobre a segunda.
O que aconteceu depois da publicação de Vazza e Feletti? Ao mesmo tempo nada e tudo.
“Nada” — porque ninguém refutou o artigo, ninguém encontrou erros nos cálculos, e ninguém propôs uma explicação alternativa que encerrasse a questão. O artigo saiu, acumulou citações, entrou no jornalismo científico — e simplesmente ficou pendurado, como um fato com o qual não se sabe o que fazer; como uma pista à qual não se associou nenhum crime.
“Tudo” — porque Vazza não parou. Em 2022 publicou um estudo expandido, aplicando aos mesmos dados instrumentos matemáticos ainda mais sofisticados — aqueles que conseguem encontrar estrutura onde o olho só vê caos. O resultado foi o mesmo: cérebro e Universo — a mesma classe.
Em 2023, outro grupo de cientistas — Pavlos e coautores — aplicou aos mesmos dados uma análise de sistemas caóticos e descobriu: ambos os sistemas existem à beira do caos. Os físicos chamam isso de “criticalidade auto-organizada” — um estado no qual o sistema se equilibra no fio da navalha entre ordem e desordem. Como um equilibrista: um passo à esquerda — cai no caos, um passo à direita — congela na imobilidade. No meio — máximo de complexidade, máximo de sensibilidade, máximo de possibilidades. O cérebro funciona nessa borda — os neurocientistas sabem disso desde os anos 2000. Descobriu-se que o Universo também.
E daí, para você pessoalmente?
A sério: suponha que o Universo e o cérebro sejam da mesma classe; suponha que a matemática deles seja uma só. E daí? Como isso afeta você — uma pessoa que paga financiamento, fica no trânsito e pensa no que vai jantar?
Assim. Se a auto-organização em todas as escalas funciona do mesmo jeito — do neurônio ao superaglomerado — então a escala não importa. O mesmo processo que reúne galáxias em filamentos reúne seus pensamentos em ideias. As mesmas regras que determinam como a teia cósmica distribui matéria determinam como o seu cérebro distribui atenção. Uma mesma matemática. Literalmente.
Isso significa: você é a mesma estrutura, numa escala diferente, com as mesmas regras, com a mesma topologia, com a mesma arquitetura de “mundo pequeno”.
Dois petabytes e meio de informação na sua cabeça e quatro e pouco no Universo — uma diferença de uma ordem de grandeza que, no contexto de vinte e sete ordens de grandeza de diferença de tamanho, parece nada. Informacionalmente, você é quase igual ao Universo — tenha isso em mente da próxima vez que se sentir insignificante.
No próximo capítulo vamos falar sobre o que pode ser esse “algo”. E vamos começar pelo candidato mais radical: a informação — substância física, tão real quanto energia, massa e espaço-tempo.
John Archibald Wheeler — um dos maiores físicos do século vinte, coautor da teoria da fissão nuclear, orientador de Richard Feynman, o homem que cunhou o termo “buraco negro” — em 1990 pronunciou três palavras que a física ainda está digerindo:
It from bit.
Tudo o que existe vem da informação, e sobre isso veremos a seguir, no próximo capítulo.