Astrofísicos descobriram que as cidades crescem exatamente como as galáxias

Todos nós já olhamos para o céu em uma noite estrelada e pensamos em como as estrelas se parecem com conjuntos de cidades. Pois parece que há mais semelhanças entre as duas coisas do que a visual. Segundo uma equipe de astrofísicos que compararam as duas formações, existe uma conexão muito mais profunda entre elas. Não somos apenas feitos de estrelas, nós agimos como elas também.

Um novo estudo de dois cientistas do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica postula que a forma com que nos agrupamos e crescemos na Terra é incrivelmente similar à maneira com que as galáxias cresceram no espaço durante os primeiros dias do nosso universo. De acordo com a dupla, podemos aprender muita coisa sobre os mistérios que ainda existem na superfície da Terra olhando para o que já sabemos sobre as fronteiras mais distantes do espaço.

A Lei de Zipf: Uma recapitulação

Antes, um pouco de contexto. Se você já passou algum tempo com gente que planeja os centros urbanos, provavelmente está familiarizado com a lei de Zipf, uma fórmula matemática que prevê com fidelidade o tamanho de grandes cidades. Se você não conhece essa lei, dê uma lida nesta ótima explicação do io9. Resumindo aqui, a lei tem esse nome por causa de um linguista que notou que em qualquer idioma, um pequeno número de palavras é usado com muito mais frequência do que um grande número de palavras mais raras. Mais especificamente, a palavra mais usada é sempre usada duas vezes mais do que a segunda palavra mais usada, três vezes mais que a terceira e assim por diante.

O mais estranho é que a lei de Zipf também consegue prever como as maiores cidades de um país crescerão. Basicamente, a cidade com a maior população em um país será duas vezes maior que a segunda mais populosa, e três vezes maior que a terceira e – você entendeu. Apesar de algumas ressalvas (que o texto do io9 aborda), é uma lei muito consistente e precisa. Mas o mais interessante sobre Zipf é que ninguém sabe ao certo por que ela funciona tão bem. Ela apenas funciona.

Little Rock, Arkansas. Imagem: NASA.

Uma resposta do universo

Ninguém sabe realmente o que torna a lei de Zipf tão precisa. E quem apostaria que dois astrofísicos seriam aqueles que jogariam luz nesse mistério?

No dia 5 de janeiro, Abraham “Avi” Loeb (presidente do Departamento de Astronomia de Harvard) e Henry Lin publicaram um artigo chamado Uma Teoria Unificadora para as Leis de Escala das Populações Humanas. Nele, a dupla reconta com eles emprestaram uma fórmula matemática da cosmologia que explica como as galáxias se formam no universo e a aplicaram em como as cidades humanas são criadas na Terra. Desse experimento eles descobriram que as duas situações são incrivelmente similares.

Imagem: Triff

Normalmente, explicam, os cientistas que estudam o crescimento urbano pensam no tamanho da cidade como a “entidade fundamental,” enquanto a população é a coisa se forma com base no tamanho da cidade. Loeb e Lin inverteram essa lógica, pensando na população como fundamento que direciona a formação das cidades. Isso os levou a muitas similaridades com um tópico que conhecem bem – a saber, como as galáxias se formaram a partir da matéria. O MIT Technology Review explica assim essa ideia:

Isso é exatamente como os cosmólogos pensam sobre como as galáxias evoluíram. Eles primeiro consideram a densidade da matéria do universo primitivo. Depois, observam a estrutura matemática de quaisquer variações nessa densidade. E, finalmente, eles usam tais cálculos para examinar como essa densidade pode mudar com o tempo na medida em que mais matéria é acrescida ou removida de regiões específicas.

Em vez de galáxias e densidade da matéria, a equipe aplicou esse modelo a cidades e densidade populacional. E depois de verificarem seu trabalho contra dados do censo reais, descobriram uma consistência marcante nos resultados:

A situação é, portanto, conceitual e matematicamente análoga à da formação das galáxias no universo, onde o colapso gravitacional não linear ocorre quando a densidade da matéria excede algum valor crítico. Nosso avanço conceitual aqui é também prático, já que podemos aplicar as ferramentas matemáticas desenvolvidas na cosmologia ao problema em foco.

No fim, o mesmo modelo pode ser usado para prever todos os tipos de estruturas não-lineares, para além do espaço e cidades, como epidemias: “Da mesma forma que o desenvolvimento de modelos para a formação de estruturas não-lineares no universo levaram a uma riqueza de trabalhos teóricos e observações na cosmologia,” explicam, “trabalhos futuros aqui poderiam incluir o cálculo de novas observações como o fator de viés para a propagação de epidemias.”

Olhe a Terra para explorar o espaço?

Se os nomes Loeb e Lin soam familiares, é porque essa não é a primeira vez que falamos sobre ele nos últimos meses. A dupla, junto com outro colega chamado Gonzalo Gonzales Abad, também publicou um artigo sugerindo que o futuro Telescópio Espacial James Webb, da NASA, poderia ser usado para procurar por clorofluorcarbonos na atmosfera de qualquer exoplaneta desabitado. Em outros termos, a equipe argumentava que observar a poluição de um planeta talvez seja mais eficiente do que observar o planeta em si.

Foto: AP/ Alexandre Meneghini

Ou seja, não foi a primeira vez que esses astrofísicos ligaram ideias sobre o espaço e as cidades, e provavelmente esta não será a última. Parece que o fenômeno da Terra (as nuvens de poluição e o crescimento das grandes cidades) podem oferecer boas ideias no estudo do universo e vice-versa.

O que mais sobre o universo poderia nos ajudar a entender fenômenos naturais aqui na Terra? É um pensamento sensacional, e inesperado, que padrões vistos no espaço sideral se pareçam tanto com coisas mundanas que acontecem no nosso quintal.

Imagem do topo: The Koreas by Night, via NASA.