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A matéria é um constituinte substancial
do universo (mas não é o único constituinte) que forma praticamente tudo que
podemos "tocar" no nosso dia a dia. Em verdade, não apenas
"tocar", mas ver, cheirar e até "sentir". É razoável
pensarmos que a matéria é a pedra angular do universo, isto é, o constituinte
que forma todas as coisas que existem. Essa noção, apesar de ter sido
considerada válida por muitos e muitos anos (e que os materialistas
acreditavam), está errada. O universo não é formado apenas de matéria, mas é
também de campos e radiação. Em verdade, a matéria não é o constituinte que
forma tudo o que existe. Se formos reduzir o universo em sua entidade mais
primordial, chegaremos aos campos (ou apenas "campo"), uma vez que
matéria e radiação são quantizações de campo, isto é, porções de campo que
assumem apenas propriedades específicas que possuem valores fixos e
determinados (valores ditos "quantizados"), e que sem essas porções
exibirem esses determinados valores, o campo não se condensa (ou não se
quantiza) para formar as entidades independentes individualizadas que chamamos
de matéria e radiação. Matéria e radiação são entidades substancias do cosmo,
isto é, são "coisas". O fato de há muito tempo atrás ter
considerado-se que a matéria é a entidade formadora de tudo deu-se por duas
razões principais: A primeira é que a matéria é a entidade do universo que pode
ser percebida sensorialmente e facilmente pelos animais (como falei, através do
"cheiro", "toque" e "visão") e também possui
outras propriedades que fazem com que seja uma entidade simplesmente
perceptível para nós, como a impenetrabilidade e indestrutibilidade. A segunda
é que não havia tecnologia e nem conhecimento científico (mais especificamente,
físico) para que se pudesse saber que existe outros entes no universo. A
"luz" era algo que ainda não era entendido e nem era considerada uma
entidade cósmica, apesar de ser algo intrínseco a natureza. Somente com os
estudos de óptica de Sir Isaac Newton e de posteriores físicos que a luz passou
a ser cada vez mais compreendida. Sabemos hoje também, que a "luz
visível" é uma das modalidades da radiação, entidade que interage com a
matéria que faz com que hajam formações e transformações nas estruturas do
universo. A "luz visível" é a fatia do espectro eletromagnético que
conseguimos ver, pois possui as frequências específicas que o olho humano pode
"perceber". Mas o espectro também é formado pelo restante das
modalidades radiantes que não podemos "perceber", que são os raios
gama, raios x, raios ultravioleta, raios infravermelhos, microondas e ondas de
rádio. Quando a radiação se propaga (que é, aliás, uma das características da
radiação, pois ela inexiste em repouso) ela se comporta como onda e quando é
emitida e absorvida se comporta como "corpúsculo". Só pode ser
absorvida e emitida quanticamente, isto é, de forma quantizada (ou ainda
discreta), que corresponde a valores inteiros do fator da constante de Planck e
frequência, que é a energia dos fótons. Os fótons são essas entidades
"corpusculares" e são os quanta do campo eletromagnético. Em verdade,
a radiação eletromagnética nada mais é que campos elétricos e magnéticos
auto-propelentes. Os mais variados experimentos realizados nos permitiram
concluir que radiação e campos são também entidades do universo. Os
experimentos nos aceleradores de partículas reforçaram a ideia de campos
existirem fisicamente (e não apenas serem uma entidade abstrata, isto é, uma
região abstrata do espaço que se encontra sob influência de alguma interação e
que contém valores de intensidade dessa interação ao longo do espaço).
Depois dessas
considerações, dedicarei esse parágrafo para explicar as diferenças entre os
constituintes do universo, bem como defini-los mais fundamentalmente e apontar
alguns erros triviais e fatais quando se aborda esse tema. Podemos definir
"matéria" como uma união de férmions. Estes são partículas que
obedecem as estatísticas de Fermi-Dirac e ao princípio de exclusão de Pauli,
bem como conservação de números quânticos. Como consequência, os valores de
seus spins (momento angular intrínseco de uma partícula) são semi-inteiros.
Além disso, apresentam a característica de indestrutibilidade e
impenetrabilidade. A indestrutibilidade pode ser explicada pelo fato de seus
números quânticos serem conservados. Desse modo, eles não podem ser aniquilados
"a vontade", pois esses números tem que se conservar, assim como
momentum se conserva. Destroem-se apenas na aniquilação com o seu respectivo
anti-férmion. Aliás, a antimatéria possui as mesmas propriedades da matéria,
mas com valores diferentes. Quarks e léptons (elétrons, muons e táons) são
férmions. A antipartícula do elétron por exemplo, é o pósitron. Elétron possui
carga negativa enquanto que pósitron possui carga positiva. Outros atributos
também diferem se comparamos essas partículas e antipartículas. Quanto a
radiação, pode ser definida como uma união de bósons, em sua definição mais
estendida. Os bósons são as partículas mensageiras de força entre os férmions
e, diferente destes, obedecem as estatísticas de Bose-Einstein, não possuem
conservação de número (o que significa que podem ser destruídos e criados a
vontade) e nem exibem propriedades de impenetrabilidade e indestrutibilidade.
Não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli e possuem spin inteiro.Assim,
podem passar uns em cima dos outros. Todos os férmions, sem exceção, possuem
massa. Até mesmo o neutrino, mesmo possuindo uma massa débil. Os bósons podem
ou não possuir massa. Os fótons por exemplo, não possuem massa de repouso. Os
glúons e os supostos grávitons também não. Mas os bósons mediadores da
interação fraca possuem massa de repouso, milhares de vezes maior que a massa
do elétron. Os bósons de Higgs também possuem. Então, a noção de que "tudo
que possui massa é matéria", está errada. O modelo padrão de física de
partículas inclui todos os férmions e bósons descobertos até hoje, que formam
praticamente tudo o que existe no universo. Desde átomos até galáxias inteiras.
Inclusive, a imagem que eu deixei no início do artigo, que representa uma foto
de mais de 5000 galáxias longínquas, foi para dar uma noção do que esses
pequenos constituintes do universo podem resultar. Há mais partículas
elementares no corpo de uma pessoa do que estrelas no universo observável. O
número de átomos do universo é cerca de 10^80 (o número 1 seguido de 80 zeros).
Enfim, gostaria de terminar esse parágrafo falando das diferenças de
"energia" e "matéria", aliás, da diferença de energia e de
qualquer ente do universo. Pode parecer estranho para você que está lendo que
em nenhum momento eu falei que "energia" é uma entidade do universo.
Mas de fato, não falei e nem falarei. Como muitas pessoas disseminam
erroneamente (incluindo alguns físicos), "energia" não é uma
entidade, isto é, não é uma "coisa", não é "algo". Energia
é um atributo das entidades, assim como carga, volume, números quânticos, spin,
corrente elétrica, estranheza, helicidade, entre outros. Falar que o universo é
feito de energia é tão errôneo quanto falar que o universo é feito de spins. O
universo é feito de partículas que possuem spin, assim como de conteúdo que
contém energia, mas não "é" energia. Isso só para ver o quão absurdo
é considerar que energia seja uma entidade. Não havia "energia" pura
no início dos tempos, da qual supostamente tudo brotou (inclusive o próprio
universo). Havia campo (indistinguível na era de Planck), que continha muita
energia, que se transformou na massa das partículas elementares. Nem
sequer faz sentido comparar matéria, campos e radiação com energia. Pertencem a
categorias diferentes. Esta é uma grandeza física escalar mensurável e
quantificável que permite que os sistemas ajam, seja realizando trabalho ou por
calor e também, irradiando. Trabalho é, pois, uma das modalidades de
transferência de energia, como transferência de energia cinética ou potencial.
Gosto de uma analogia cunhada pelo graduando em engenharia ambiental Marcelo
Carsten, que percebeu muito bem a diferença entre "energia" e
qualquer outra entidade substancial do universo. A analogia dele consiste mais
ou menos na ideia de ir até uma loja, buscar por camisas, calças e bolsas, que
seriam "campo", "matéria" e "radiação". Dentre as
características desses utensílios, encontra-se o preço. Não se vai até uma loja
comprar os "preços", mas sim, as peças de roupa. O preço nesse
exemplo, seria a "energia". Do mesmo modo que nada "é"
energia, mas há coisas que contém energia. Resumidamente, há quatro tipos de
energia. A energia cinética (relacionada ao movimento de um corpo ou
partícula), potencial (relacionada a configuração do sistema bem como às
interações), radiante (energia que a radiação contém, como os fótons) e a
energia térmica (relacionada a energia interna de um sistema que contenha um
número muito grande de partículas, na ordem do número de Avogadro). A energia
interna não inclui somente, as energias cinéticas translacionais, rotacionais e
vibracionais, mas também, a energia dos campos que hajam por ali, bem como as
potenciais e as energias das massas de repouso do sistema, tendo como
referencial, o centro de massa do sistema. A temperatura é uma grandeza que se
aplica ao macroscópico e mede apenas a energia cinética translacional. Logo,
energia térmica nada mais que é energia cinética caótica. Também existe a
energia das massas de repouso das partículas, que nada mais é que a
equivalência das massas das partículas em questão em energia. É um tipo de
energia potencial, que o campo fermiônico (cujas flutuações condicionam a
existência de partículas e antipartículas) englobou na quantização. A equação
da relatividade "E=mc²" não diz que energia é equivalente a matéria
mas sim, que energia é equivalente a massa. Nas explosões das bombas em
Hiroshima e Nagasaki, essa equivalência fez-se presente, quando a massa dos
nuclídeos radioativos se transformou em energia sonora (na devastação
mecânica), radiante e posteriormente na térmica também, bem como cinética dos
produtos da fissão nuclear. Notem que "energia" e "massa"
podem ser comparadas tranquilamente, pois pertencem a mesma categoria. Na aniquilação
de partículas e antipartículas, o produto não é energia, mas sim, radiação, que
depois colidem e voltam a formar os pares. A massa de repouso das partículas e
antipartículas em questão é que se transmuta em energia. Quanto ao espaço e
tempo, também são entidades do universo, mas não substanciais. O universo é
formado por campos, matéria e radiação (em verdade, fundamentalmente, tudo
advém de um único campo ondulante, mas isso já é tema para outro artigo),
estruturas, ocorrências, espaço e tempo. Dentre as propriedades das entidades,
encontra-se a energia, junto com spin, carga, duração, intensidade e outras.
Quanto a matéria e energia escura, abordarei em outro artigo.
Referências:
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