3 Comstituintes do Átomo: Eletrão - Protão - Neutrão

Depois de estudarmos o macrocosmo e entendermos como as coisas se processam no infinitamente grande - o Universo - estudamos agora o microcosmo para ver como se processam as coisas no infinitamente pequeno -o átomo, na qualidade de bloco constituinte de toda a matéria. O termo “átomo” foi usado pela primeira vez por Demócrito, um filósofo grego que viveu 400 anos antes de Cristo, como sendo a entidade indivisível mais pequena, da qual toda a matéria se compõe.

Viagem ao centro da matéria

A matéria ou massa é a “matéria prima” do universo, de estrelas, planetas, montanhas, atmosferas, tudo é constituído por matéria. Esta matéria pode existir em três estados; sólido, líquido e gasoso. Estes estados são permutáveis, ou seja, todas as substâncias podem mudar de um estado para outro, se as condições necessárias se reunirem: temperatura, pressão, gravidade, etc. Porém, de todos os materiais que conhecemos, só a água existe na natureza nestes três estados.

Átomo é sinónimo de indivisibilidade, por se pensar ser o elemento mais simples da matéria. Desde as galáxias, estrelas, cometas e planetas, minerais e metais até às plantas, animais e seres humanos, tudo é feito da mesma matéria e esta matéria é formada por átomos e estes, por sua vez são formados por protões, neutrões e eletrões.

Os protões e os neutrões estão unidos num núcleo, rodeado por eletrões que orbitam esse núcleo. Antes pensava-se que a orbita destes eletrões em relação ao núcleo era com as dos planetas à volta de uma estrela, mas não é assim; os eletrões são muito imprevisíveis e orbitam o núcleo em forma de nuvens ou ondas.

Diferentes matérias têm diferentes composições; até à data foram descobertos 118 elementos simples. De todos o elemento mais simples é o hidrogénio que é composto só por um protão e um eletrão; já o hélio é composto por dois protões, dois neutrões e dois eletrões; o carbono é composto por seis protões, seis neutrões e seis eletrões. Materiais pesados como o ferro, o estanho e o urânio contêm muitos mais protões, neutrões e eletrões.

Depois do “Big Bang”, e à medida que o tempo ia passando, o espaço se abria, a matéria se expandia e a temperatura descia, formaram-se pequenas partículas chamadas quarks e eletrões; os eletrões permaneceram dissociados enquanto que os quarks se foram associando formando protões e neutrões.

 À medida que o universo se expandia arrefecia, os protões e neutrões associaram-se entre si formando os núcleos. Mais tarde ainda os eletrões até então livres, foram atraídos pelos núcleos ficando presos a eles e assim se formou o átomo. Da associação de átomos entre si formaram-se moléculas, galáxias, estrelas e planetas.

Observemos uma planta composta por três componentes: folhas, raiz e caule. Com a ajuda de um microscópio, vemos que o caule é composto por células, sendo cada célula composta por três partes: plasma, citoplasma e núcleo. Analisando o núcleo, encontramos nele o código genético da mesma célula, o ADN, que é constituído por uma longa cadeia de moléculas. Por sua vez, estas moléculas são formadas por átomos; cada um destes átomos é composto por três partículas: eletrões que orbitam à volta de um núcleo formado por protões e neutrões.

O eletrão, que circula à volta do núcleo dentro do átomo, tem uma massa muito pequena em comparação com o neutrão e o protão que formam o núcleo. Não possui, portanto, uma estrutura interna, ou seja, não se subdivide. Os neutrões e os protões, porém, no interior do núcleo, não são elementos simples como até há bem pouco tempo se pensava: são compostos por quarks que aparecem sempre em grupos de três.

Os quarks dividem-se em seis: up, - down, – charm de carga positiva e – strange, - top, – bottom de carga negativa. Um protão é constituído por dois quarks up e um quark down; o neutrão tem dois quarks down e um quark up.

Há seis tipos de quarks: quarks: up, charm and top cada um deles têm uma carga positiva de + 2/3 enquanto strange, down, and bottom têm uma carga negativa de -1/3 cada. Um protão é composto de dois up e um down quarks e um neutrão dois down e um up quarks. Até agora, só os up e down quarks foram observados naturalmente na terra e encontram-se em átomos de matéria normal, os outros quatro só foram observados em aceleradores de partículas.

Para podermos estudar estes constituintes da matéria, precisamos de aceleradores de partículas que têm quilómetros de comprimento, onde estas partículas viajam a velocidades próximas da velocidade da luz e de máquinas tão grandes como uma casa que estudam o seu comportamento.

Disseção de um átomo

O conceito moderno do átomo foi formulado por John Dalton no século XIX. Toda a matéria é composta por átomos que são indivisíveis e indestrutíveis. Sabemos hoje que os átomos não são indivisíveis, mas que se compõem de outros elementos. Um átomo é, portanto, formado por um núcleo com carga elétrica positiva, rodeado por eletrões carregados negativamente.

O núcleo é formado por partículas subatómicas chamadas protões que estão carregados positivamente e neutrões eletricamente neutros. Finalmente, os protões e neutrões são formados por quarks; existem seis tipos de quarks. É fascinante o fato de que, mesmo após a descoberta de que os protões e neutrões não eram elementos simples, como os eletrões, a tridimensionalidade não é quebrada, porque, como sabemos, o número de quarks que formam tanto o protão e o neutrão é 3. Ou podemos simplesmente dizer que um átomo é formado por três tipos de partículas subatômicas eletrões, quarks up e quarks down.

Sendo o nucelo do átomo 10.000 vezes mais pequeno que a totalidade do átomo, e estando quase toda a massa do átomo concentrada no seu núcleo, significa que a maior parte do átomo, ou seja, o espaço entre o nucelo e os eletrões, é espaço vazio.

A exceção do hidrogénio

Todos os átomos são formados por três tipos partículas subatómicas: protões de carga positiva unidos pela força nuclear forte a neutrões de carga neutra, num núcleo que é orbitado por eletrões de carga negativa. Os eletrões mantêm-se em orbita à volta do núcleo devido à força eletromagnética que resulta da atração de partículas carregadas eletricamente. A força eletromagnética é a segunda mais forte do universo sendo a primeira a força nuclear forte que atrai os protões e os neutrões no interior do núcleo.

O hidrogénio, porém, não segue esta regra pois é o elemento mais simples que se conhece e é formado por um eletrão e um protão; sendo o primeiro de carga negativa e o segundo de carga positiva, estão unidos pela força eletromagnética. O hidrogénio é a matéria prima mais abundante, constitui 75% da matéria do universo e mais de 90% de todos os átomos que o universo contem.

O Hidrogénio numero 1 na tabela periódica mais o Hélio, numero dois e o Lítio numero 3 foram as três primeiras formas de matérias formadas no momento do Big Bang. O Hidrogénio é um gás incoloro. Inodoro, não reage com a água, mas arde na presença do oxigénio. Por ser um átomo simples sem a forma nuclear forte que os outros átomos possuem, facilmente se combina com os outros elementos.

Como o hidrogénio não tem neutrões, parece desafiar a nossa definição da estrutura do átomo como sendo constituído por três partículas subatómicas, eletrões, protões e neutrões. Porém dado que nem os protões nem os neutrões são elementos simples como antes se pensava, pois cada um deles é formado por três quarks, se definimos o átomo pelos elementos simples que o constituem, o hidrogénio fica incluído na definição. Assim sendo o átomo é continua a ser formado por três tipos de partículas subatómicas, eletrões, up quarks e down quarks.

Dimensões do átomo e dos seus componentes

• Os protões são tão minúsculos que caberiam 500.000 deles na cabeça de um alfinete; porém são enormes se os compararmos com os eletrões. Se os protões e os neutrões tivessem um centímetro de diâmetro, o diâmetro de um eletrão seria inferior ao de um cabelo humano, sendo o diâmetro total do átomo equivalente a 30 campos de futebol.
• Os eletrões, portanto, quase não contribuem para a totalidade da massa de um átomo, mas são a parte mais ativa, pois são eles os responsáveis pelos enlaces, ou seja, combinações com átomos de outro tipo.
• Mais de 99,9% do volume de um átomo está vazio; se o nucelo de um átomo fosse do tamanho de uma bola de basquetebol, os eletrões estariam a vários quilómetros de distância do núcleo.
• A força imensa que mantém unidos os protões e os neutrões dentro do núcleo do átomo é 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 vezes mais potente que a gravidade.
• O eletrão orbita à volta do núcleo a uma velocidade de 2 200 quilómetros por segundo, ou seja, em 18 segundos daria uma volta completa à Terra, o que é menos de 1% da velocidade da luz.

A lógica da ilógica mecânica quântica

Era uma vez um filósofo que na praça de Atenas respondia com desenvoltura e sabedoria às mais curiosas e difíceis perguntas que o povo lhe fazia. Um dia, misturou-se aos ouvintes um pastor descido dos montes com a intenção de desmascarar e envergonhar o sábio em público. Com um movimento rápido de mão, apanhou uma mosca e, apresentando a mão fechada em punho ao sábio, perguntou: “Nesta mão fechada tenho uma mosca, sabes dizer-me se está viva ou morta?”

O sábio ponderando a sua resposta disse para si mesmo: “Se digo que está viva ele aperta o punho mata-a e mostra-ma morta; se ao contrário digo que está morta, ele abre a mão e todos verão a mosca escapar-se.” Depois de alguma reflexão e ante a espera ansiosa do seu público respondeu: “A vida e a morte da mosca que tens na tua mão fechada depende de ti; se a queres viva ela está viva, se a queres morta ela está morta”.

Este conto faz-me lembrar o paradoxo do gato de Schrodinger que se encontra num estado de sobreposição, no qual está ao mesmo tempo vivo e morto. É certo que o gato não pode estar ao mesmo tempo vivo e morto, porquanto a lógica da mecânica quântica não se aplica a objetos grandes, mas ilustra muito bem o que acontece no mundo das partículas subatómicas, onde o determinismo e a certeza desaparecem, e o observado está à mercê do observador. 

A mecânica quântica troca-nos as voltas, modifica-nos os paradigmas, atenta contra a lógica que tem governado a ciência e a nossa vida, pois pulveriza fronteiras que antes nos pareciam intransponíveis e acaba com os dualismos que opunham realidades que antes pensávamos bem diferentes e até contrárias, como a matéria/energia, estático/móvel, visível/invisível, tangível/intangível, previsível/imprevisível, material/espiritual, ciência /filosofia.

Matéria/energia - O coração da matéria é intangível como a energia; o coração da matéria, o mundo dos átomos e partículas subatómicas é, de facto, energia.

Os átomos podem ser matéria, na medida em que tentamos pesá-los e medi-los; mas as partículas que os compõem têm cargas elétricas e movimentam-se, ou seja, exibem as propriedades da energia. Podemos concluir que são matéria na sua essência, descritíveis, qualificáveis e quantificáveis, mas que são energia na sua existência, porque exibem uma potência voltaica, reagem, criam ondas.

A matéria é energia em potência, a energia é matéria em potência. A combustão transforma matéria em energia: é o que acontece no centro do sol, onde átomos de hidrogénio se fundem, criando hélio e energia.

É o que acontece no nosso corpo no qual, pela combustão lenta, os alimentos se transformam na energia que move o nosso coração e os nossos membros e nos aquece, dando-nos uma temperatura constante. Faltando esta matéria, imediatamente a temperatura baixa e, pouco a pouco, ficamos privados do movimento; o corpo come-se a si mesmo para se alimentar, emagrece e depois entra em coma e morre.

A fotossíntese faz o contrário com a energia solar: transforma a energia em matéria pois, com o sol, crescem as plantas, as árvores na cadeia alimentar da vida vegetal que alimenta a vida animal. A vida vegetal e a vida animal, alimentam o homem, mas a fonte energética de tudo isto é o sol que transforma energia em matéria. Somos feitos de sol.

A matéria visível e sólida é composta por de elementos invisíveis e, quanto mais viajamos ao centro da matéria, menos matéria (massa) e mais espaço vazio encontramos, pelo que a matéria parece reduzir-se a pequenas fibras vibratórias de energia. As partículas subatómicas de facto são manifestações de energia. Por isso, o que parecia tão visível e sólido, reduz-se agora a ondas eletromagnéticas. Assim sendo, podemos concluir que o nosso corpo e tudo o que materialmente existe se reduz a energia vibratória.

A matéria em si não existe pois é somente o armazém de energia, não é mais que energia condensada, acumulada. Por exemplo, as plantas, por intermédio da fotossíntese, convertem a energia radiante do sol em energia química que é armazenada em moléculas orgânicas, como se uma planta fosse uma bateria, um armazém de energia.

Matéria/espírito - O materialismo não tem razão de ser, pois a matéria é formada por elementos invisíveis, quase espirituais e certamente não podemos compreender a matéria sem conhecer a sua alma. O átomo é a alma da matéria, por isso, não só os seres humanos têm alma, a matéria também a tem. A alma da matéria é tão invisível como a nossa.

Inerte/vivo

Já não é claro que só haja vida na matéria orgânica; já não existe uma tão grande diferença entre matéria orgânica e inorgânica ou inerte. As partículas subatómicas revelam-nos que a vida não existe só a nível das células, mas também a nível subatómico dos quarks. Claro que se trata de uma forma diferente de vida.

Visível/invisível - Se a mecânica quântica não te chocou profundamente, é porque ainda não a entendeste. Tudo o que chamamos real é formado por coisas que verdadeiramente não podem entender-se como reais”. Niels Bohr

Rompe-se, também na matéria, a fronteira entre o visível e o invisível. A massa de um átomo é menos de 1% do seu tamanho, o resto é vazio, ou seja, o espaço entre o núcleo e o eletrão. Como acima foi dito, se o núcleo de um átomo fosse do tamanho de uma bola de basquetebol, os eletrões estariam a vários quilómetros de distância do núcleo.

Estático/móvel - A matéria que forma os objetos parece estática, parece parada, mas de facto, é uma ilusão: na realidade, tudo se move. Como se afirmou anteriormente, o eletrão orbita à volta do núcleo do átomo a uma velocidade de 2 200 quilómetros por segundo. A matéria não é, portanto, estática como parece, mas sim dinâmica.

Em mecânica quântica tudo é ilusão: a matéria visível é composta por elementos invisíveis, é aparentemente estática, quando na realidade está em movimento, é aparentemente muito diferente da energia, mas é de facto uma forma de energia.

A mecânica quântica prova o poder da fé

Então, os discípulos aproximaram-se de Jesus e perguntaram-lhe em particular: «Porque é que nós não fomos capazes de expulsar o demónio?» Disse-lhes Ele: «Pela vossa pouca fé. Em verdade vos digo: Se tiverdes fé como um grão de mostarda, direis a este monte: “Muda-te daqui para acolá” e ele há de mudar-se; e nada vos será impossível. Mateus 17, 19-20

Na mecânica determinista clássica, sabendo a posição inicial e o momento (massa e velocidade) de todas as partículas pertencentes a um sistema, podemos calcular as suas interações e prever como elas se vão comportar.

Tal não acontece em mecânica quântica; o princípio de Heisenberg coloca em evidencia que é impossível saber ao mesmo tempo a posição exata que um elétron ocupa na eletrosfera de um átomo e a velocidade com que anda à volta do núcleo; quanto mais soubermos da sua velocidade, menos saberemos da sua posição e vice-versa.

Segundo Niels Bohr quando se mede uma partícula subatómica, o ato de medição, força a partícula a renunciar a todos os lugares possíveis onde poderia estar e (princípio da incerteza) seleciona a localização onde podes encontrá-la; é o ato de medição que força a partícula a fazer aquela escolha.

Ao contrário de Einstein, Bohr aceitou que a natureza da realidade era inerentemente confusa; Einstein preferia acreditar na certeza das coisas em si e em todo o tempo e não só quando são medidas ou observadas. Bohr chegou a dizer que “gostaria que a lua permanecesse no seu lugar mesmo quando não estou a olhar para ela”. Quando Einstein, já bastante aborrecido, disse que “Deus não jogava aos dados”, Bohr impassivelmente respondeu, “Para de dizer a Deus o que tem de fazer.”

“Considero a consciência como fundamental. Entendo a matéria como sendo um produto derivado da consciência. Não podemos estar por detrás da consciência. Tudo o que falamos, tudo o que consideramos como existente, requer a consciência.” Max Planck (1858-1947) Prémio Nobel, fundador da teoria quântica.

Baseados nestas ideias, podemos concluir que os nossos pensamentos, que as nossas crenças criam realidade, a realidade que queremos que seja criada. Como diz o provérbio, “Querer é poder”. É o poder da mente sobre a matéria.

O que esperamos que aconteça pode verdadeiramente acontecer. Por isso é hoje popular em todas as áreas da vida a afirmação de que devemos ter um pensamento positivo e evitar declarações negativas, como “eu nunca vou conseguir um bom emprego”,” nunca vou conseguir o meu parceiro ideal”, “nunca me vou curar”. Estes pensamentos ou profecias negativas de alguma forma realizam-se. Como diz um provérbio, “Não cuspas para o céu porque te pode cair no rosto”.

Tentemos modificar os nossos pensamentos em pensamentos positivos pois, de alguma forma mágica, estes podem modificar o comportamento das partículas subatómicas que constituem o nosso ser e os nossos sonhos podem vir a realizar-se.

O Dr. Masaru Emoto expôs água a diferentes palavras, positiva e negativas, como declarações de amor ou ameaças de vida, piropos e insultos, fotografias, música, oração. Depois congelou essa água e a água que tinha sido exposta a coisas positivas formava lindos cristais simétricos; ao contrário, a água exposta a experiências negativas cristalizou de uma forma desordenada e feia.

Se no mundo subatómico o observado obedece ao observador, não seria melhor criar medicamentos que atuassem a este nível e não ao nível celular e químico?

“O processo do conhecimento humano vai em direção a uma realidade não-mecânica. O universo começa a parecer mais um grande pensamento do que uma grande máquina. A mente já não parece ser um intruso acidental no reino da matéria. Pelo contrário, começamos a suspeitar de que devemos exaltá-la como sendo a criadora e governadora deste reino.” Sir James Jeans, físico

Pe. Jorge Amaro, IMC