Fred Hoyle

O espaço não é nada remoto. É apenas a uma hora de carro se seu carro pudesse ir direto para cima.

Sir Fred Hoyle foi um astrônomo inglês que formulou a teoria da nucleossíntese estelar. Ele também mantinha posições controversas sobre outras questões científicas — em particular sua rejeição da teoria do "Big Bang", um termo cunhado por ele na rádio BBC, e sua promoção da panspermia como a origem da vida na Terra. Ele também escreveu romances de ficção científica, contos e peças de rádio, e coautor de doze livros com seu filho, Geoffrey Hoyle. Ele passou a maior parte de sua vida profissional no Instituto de Astronomia em Cambridge e serviu como seu diretor por seis anos.

Vida inicial e carreira

Hoyle nasceu perto de Bingley em Gilstead, West Riding of Yorkshire, Inglaterra. Seu pai, Ben Hoyle, que era violinista e trabalhava no comércio de lã em Bradford, serviu como metralhador na Primeira Guerra Mundial. Sua mãe, Mabel Pickard, havia estudado música no Royal College of Music em Londres e depois trabalhou como pianista de cinema. Hoyle estudou na Bingley Grammar School e estudou matemática no Emmanuel College, Cambridge.

Em 1936, ele ganhou o Prêmio Mayhew conjuntamente com George Stanley Rushbrooke.

No final de 1940, Hoyle deixou Cambridge para ir a Portsmouth trabalhar para o Almirantado em pesquisa de radar, por exemplo, inventando um método para obter a altitude dos aviões que chegavam. Ele também foi encarregado das contramedidas contra as armas guiadas por radar encontradas no Graf Spee. O projeto de radar britânico empregou mais pessoal do que o projeto Manhattan, e foi provavelmente a inspiração para o grande projeto britânico em The Black Cloud. Dois colegas-chave neste trabalho de guerra foram Hermann Bondi e Thomas Gold, e os três tiveram muitas e profundas discussões sobre cosmologia. O trabalho de radar pagou por alguns passeios para a América do Norte, onde aproveitou a oportunidade para visitar astrônomos. Em uma viagem aos EUA, ele aprendeu sobre supernovas em Caltech e Mount Palomar e, no Canadá, a física nuclear da implosão e explosão de plutônio, notou alguma semelhança entre as duas e começou a pensar sobre nucleossíntese de supernova. Ele teve uma intuição na época "Eu vou me fazer um nome se isso funcionar." Eventualmente, em 1954, seu artigo presciente e revolucionário saiu. Ele também formou um grupo em Cambridge explorando nucleossíntese estelar em estrelas ordinárias e estava incomodado pela escassez de produção de carbono estelar nos modelos existentes. Ele notou que um dos processos existentes seria mil bilhões de vezes mais produtivo se o núcleo de carbono-12 tivesse uma ressonância em 7,7 MeV, mas os físicos nucleares não listavam nenhuma. Em outra viagem, ele visitou o grupo de física nuclear em Caltech, passando alguns meses de licença sabática lá e os persuadiu contra seu ceticismo considerável a procurar e encontrar o estado Hoyle em carbono-12, do qual se desenvolveu uma teoria completa de nucleossíntese estelar, coautor por Hoyle com alguns membros do grupo de Caltech.

Após a guerra, em 1945, Hoyle retornou à Universidade de Cambridge, começando como leitor no St John's College, Cambridge. Os anos de Cambridge de Hoyle, 1945–1973, o viram chegar ao topo da teoria da astrofísica mundial, com base em uma originalidade notável de ideias abrangendo uma gama muito ampla de tópicos. Em 1958, Hoyle foi nomeado para o ilustre cargo de Professor Plumiânico de Astronomia e Filosofia Experimental na Universidade de Cambridge. Em 1967, tornou-se o diretor fundador do Instituto de Astronomia Teórica posteriormente renomeado Instituto de Astronomia, Cambridge, onde a liderança inovadora de Hoyle rapidamente levou essa instituição a se tornar um dos principais grupos do mundo para astrofísica teórica. Em 1971, foi convidado a ministrar a Palestra Comemorativa MacMillan para a Instituição de Engenheiros e Construidores de Navios na Escócia. Ele escolheu o assunto "Instrumentos Astronômicos e sua Construção". Hoyle foi nomeado cavaleiro em 1972. Hoyle renunciou à sua posição de professor Plumiânico em 1972 e sua diretoria do instituto em 1973, movimentação que efetivamente o afastou da maioria de sua base de poder, conexões e salário estável do establishment.

Após deixar Cambridge, Hoyle escreveu muitos livros de divulgação científica e ficção científica, além de apresentar palestras em todo o mundo. Parte da motivação para isso era simplesmente fornecer um meio de subsistência. Hoyle ainda era membro do comitê de política conjunta desde 1967, durante o estágio de planejamento do Telescópio Anglo-Australiano de 150 polegadas no Observatório de Siding Spring em New South Wales. Tornou-se presidente do conselho do Telescópio Anglo-Australiano em 1973, e presidiu sua inauguração em 1974 por Charles, Príncipe de Gales. Após sua resignação de Cambridge, Hoyle mudou-se para o Lake District e ocupou seu tempo com uma mistura de trekking pelos charnecas, escrita de livros, visita a centros de pesquisa em todo o mundo, e trabalho em ideias científicas que foram quase universalmente rejeitadas. Em 24 de novembro de 1997, enquanto caminhava pelos charnecas no oeste de Yorkshire, perto de sua casa de infância em Gilstead, Hoyle caiu em uma ravina íngreme chamada Shipley Glen. Aproximadamente doze horas depois, Hoyle foi encontrado por um cão de busca. Ele foi hospitalizado por dois meses com pneumonia e problemas nos rins, ambos resultantes de hipotermia, além de um ombro quebrado da queda. Depois disso, ele entrou em nítido declínio, sofrendo de problemas de memória e agilidade mental. Em 2001, sofreu uma série de derrames e morreu em Bournemouth em 20 de agosto daquele ano.

Origem da nucleossíntese

Hoyle foi autor dos dois primeiros artigos de pesquisa já publicados sobre a síntese dos elementos químicos mais pesados que o hélio por reações nucleares em estrelas. O primeiro destes em 1946 mostrou que os núcleos das estrelas evoluem para temperaturas de bilhões de graus, muito mais quentes do que as temperaturas consideradas para a origem termonuclear do poder das estrelas da sequência principal. Hoyle mostrou que em temperaturas tão altas o elemento ferro pode se tornar muito mais abundante do que outros elementos pesados devido ao equilíbrio térmico entre partículas nucleares, explicando a alta abundância natural do ferro. Essa ideia seria posteriormente chamada de Processo e. A segunda publicação de nucleossíntese fundamental de Hoyle mostrou que os elementos entre carbono e ferro não podem ser sintetizados por esses processos de equilíbrio. Ele atribuiu esses elementos a reações de fusão nuclear específicas entre constituintes abundantes em conchas concêntricas de estrelas massivas evoluídas, pré-supernova. Este quadro notavelmente moderno é o paradigma aceito hoje para a nucleossíntese de supernova desses elementos primários. Em meados dos anos 1950, Hoyle se tornou o líder de um grupo de físicos experimentais e teóricos muito talentosos que se reuniram em Cambridge: William Alfred Fowler, Margaret Burbidge e Geoffrey Burbidge. Este grupo sistematizou ideias básicas sobre como todos os elementos químicos do nosso universo foram criados, sendo agora um campo chamado nucleossíntese. Famosamente, em 1957, este grupo produziu o artigo B2FH conhecido pelas iniciais dos quatro autores em que o campo da nucleossíntese foi organizado em processos nucleares complementares. Eles também adicionaram muito material novo sobre a síntese de elementos pesados por reações de captura de nêutrons, os chamados processos s e r. O artigo B2FH se tornou tão influente que pelo resto do século XX se tornou a citação padrão de quase todos os pesquisadores desejando citar uma origem aceita para a teoria da nucleossíntese, e como resultado o artigo inovador de Hoyle de 1954 caiu em obscuridade. Pesquisa histórica no século XXI trouxe o artigo de 1954 de Hoyle de volta à proeminência científica. Esses argumentos históricos foram apresentados pela primeira vez em um encontro de especialistas em nucleossíntese em uma conferência de 2007 em Caltech organizada após as mortes de Fowler e Hoyle para celebrar o 50º aniversário da publicação de B2FH. Ironicamente, o artigo B2FH não revisou a atribuição de Hoyle em 1954 de conchas de supernova da origem dos elementos entre silício e ferro, apesar da coautoria de Hoyle em B2FH. Com base em suas muitas discussões pessoais com Hoyle, Donald D. Clayton atribuiu esse aparente erro inexplicável em B2FH à falta de revisão por Hoyle do rascunho composto em Caltech em 1956 por G.R. Burbidge e E.M. Burbidge.

O segundo artigo de nucleossíntese de Hoyle também introduziu um uso interessante do princípio antrópico, que não era então conhecido por esse nome. Ao tentar resolver as rotas da nucleossíntese estelar, Hoyle calculou que uma reação nuclear particular, o processo triplo-alfa, que gera carbono a partir de hélio, exigiria que o núcleo de carbono tivesse uma energia de ressonância muito específica e spin para funcionar. A grande quantidade de carbono no universo, que torna possível a existência de formas de vida baseadas em carbono de qualquer tipo, demonstrou a Hoyle que essa reação nuclear deve funcionar. Com base nessa noção, Hoyle, portanto, previu os valores da energia, do spin nuclear e da paridade do estado composto no núcleo de carbono formado por três partículas alfa (núcleos de hélio), o que foi mais tarde confirmado pela experiência.

Esse nível de energia, enquanto necessário para produzir carbono em grandes quantidades, era estatisticamente muito improvável de cair onde o faz no esquema de níveis de energia do carbono. Hoyle escreveu mais tarde:

Você não diria a si mesmo, "Um intelecto super-calculador deve ter projetado as propriedades do átomo de carbono, caso contrário a chance de eu encontrar tal átomo através das forças cegas da natureza seria absolutamente minúscula. Uma interpretação do senso comum dos fatos sugere que um superintelecto mexeu com a física, bem como com a química e a biologia, e que não há forças cegas dignas de menção na natureza. Os números que calculo a partir dos fatos parecem-me tão avassaladores a ponto de colocar essa conclusão quase além de dúvidas."

Seu colega de trabalho William Alfred Fowler eventualmente ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1983 com Subrahmanyan Chandrasekhar, mas por alguma razão a contribuição original de Hoyle foi negligenciada pelos eleitores, e muitos ficaram surpresos que um astrônomo tão notável não tivesse conseguido. O próprio Fowler em um esboço autobiográfico afirmou os esforços pioneiros de Hoyle:

Uma placa azul na Bingley Grammar School comemorando-o. O conceito de nucleossíntese em estrelas foi primeiro estabelecido por Hoyle em 1946. Isso forneceu uma maneira de explicar a existência de elementos mais pesados que o hélio no universo, basicamente mostrando que elementos críticos como o carbono poderiam ser gerados em estrelas e depois incorporados em outras estrelas e planetas quando aquela estrela "morre". As novas estrelas formadas agora começam com esses elementos mais pesados e elementos ainda mais pesados são formados a partir deles. Hoyle teorizou que outros elementos mais raros poderiam ser explicados por supernovas, as explosões gigantescas que ocasionalmente ocorrem em todo o universo, cujas temperaturas e pressões seriam necessárias para criar tais elementos.

Rejeição do Big Bang

Embora não tivesse argumentos com a teoria de Lemaître posteriormente confirmada pelas observações de Edwin Hubble de que o universo estava se expandindo, Hoyle discordava de sua interpretação. Ele achava a ideia de que o universo tivesse um começo pseudociência, assemelhando-se a argumentos para um criador, "pois é um processo irracional e não pode ser descrito em termos científicos" veja argumento cosmológico de Kalam. Em vez disso, Hoyle, junto com Thomas Gold e Hermann Bondi, com quem havia trabalhado em radar na Segunda Guerra Mundial, em 1948 começou a argumentar que o universo estava em um estado "estacionário" e formulou sua teoria do Estado Estacionário. A teoria tentava explicar como o universo poderia ser eterno e essencialmente imutável enquanto ainda tinha as galáxias que observamos se afastando uma da outra. A teoria dependia da criação de matéria entre galáxias ao longo do tempo, de modo que mesmo que as galáxias se afastem, novas que se desenvolvem entre elas preenchem o espaço que deixam. O universo resultante está em um "estado estacionário" da mesma forma que um rio em fluxo — as moléculas de água individuais estão se movendo, mas o rio geral permanece o mesmo.

A teoria foi uma alternativa ao Big Bang que, como o Big Bang, concordava com observações-chave da época, a saber, as observações do desvio para o vermelho de Hubble, e Hoyle era um forte crítico do Big Bang. Ele cunhou o termo "Big Bang" na transmissão da Terceira Programação da BBC em 28 de março de 1949. Foi amplamente relatado por George Gamov e seus oponentes que Hoyle pretendia ser pejorativo, e o script do qual ele leu em voz alta foi interpretado por seus oponentes como "vaidoso, unilateral, insultante, não digno da BBC". Hoyle negou explicitamente que estava sendo insultante e disse que era apenas uma imagem marcante destinada a enfatizar a diferença entre as duas teorias para o público de rádio. Em outra entrevista da BBC, ele disse "A razão pela qual os cientistas gostam do 'big bang' é porque são ofuscados pelo Livro do Gênesis. É profundo na psique da maioria dos cientistas acreditar na primeira página do Gênesis".

Hoyle teve uma discussão famosamente acalorada com Martin Ryle do Cavendish Radio Astronomy Group sobre a teoria do estado estacionário de Hoyle, que de certa forma restringiu a colaboração entre o Cavendish