3 Estados da matéria: Sólido - Líquido - Gasoso

A matéria é constituída por moléculas estas são constituídas por átomos; é tudo aquilo que tem massa e que ocupa determinado espaço durante um determinado tempo. No universo, a matéria existe em três estados diferentes: o sólido, o líquido, e o gasoso.  A Física moderna diz-nos que a matéria possui um quarto estado chamado plasma. Argumentaremos que este estado é mais um processo intermediário pelo qual a matéria se transforma em energia, podendo ser entendido ao mesmo tempo como sendo um estado de matéria ou energia radiante.

Graus de coesão das moléculas
A nível do que é real para nós, acessível aos nossos cinco sentidos, cada um dos três estados parece apresentar a matéria como se de outra realidade se tratasse, pois, em cada um destes estados, a matéria muda radicalmente de forma, contextura, cor, tamanho e volume, sendo perscrutável a uns sentidos e não a outros; por exemplo, em estado gasoso, a matéria é invisível mas pode ser perscrutável pelo olfato ou tato; porém, a nível microscópio, não sensorial, a diferença entre os três estados em que a matéria se encontra, reside apenas no grau de coesão das moléculas que a compõem.

Não há, portanto, uma mudança qualitativa na passagem da matéria de um estado para o outro, como parece acontecer ao nível sensorial. “As aparências iludem” diz o provérbio, os nossos sentidos enganam-nos porque não estão preparados para captar a verdadeira dimensão do real. A verdade das coisas não é muitas vezes acessível aos cinco sentidos. No caso dos estados da matéria, a verdade até parece bem mais simples do que os nossos sentidos deixam antever.

A diferença entre os estados da matéria depende tão somente do grau ou nível de coesão, agregação ou organização das moléculas que compõem a matéria. O que diferencia um estado físico de outro é a forma como as moléculas estão organizadas, mais próximas ou mais afastadas umas das outras, mais ou menos coesas ou agregadas. Por isso, os estados físicos da matéria podem ser também chamados de graus de coesão das moléculas.

No estado sólido, as moléculas que compõem a matéria têm um alto grau de coesão. Por isso possuem uma forma própria e fixa e um volume constante e fixo também. Por outro lado, neste estado, as moléculas têm um baixo nível de movimentação e liberdade entre si. A potencialidade da energia cinética neste estado é muito reduzida.

No estado líquido, a coesão entre as moléculas é menor porque estão mais livres e distantes umas das outras. Como estão mais livres, a movimentação é também maior que no estado sólido em que, como vimos, a movimentação é quase nula. - Por isso, a matéria neste estado não tem uma forma definida, adapta-se e vai adquirindo a forma do recipiente que a contém.

O volume também é constante, ou seja, o espaço que o líquido ocupa é fixo, ocupando sempre o mesmo espaço, qualquer que seja o recipiente onde se encontra - não varia, portanto, consoante o espaço que ocupa. Dada a liberdade de movimentos que as moléculas possuem neste estado, a potencialidade de energia cinética excede a do estado sólido.

No estado gasoso, a dispersão ou falta de coesão entre as moléculas é ainda muito maior que no estado líquido: não há praticamente agregação, pelo que a movimentação é altíssima. Há muito espaço vazio entre as moléculas, o que faz com que se movimentem livremente. A forma respeita o recipiente que a contém ou apresenta-se disforme em espaço aberto ilimitado.

O volume também varia, pois, o gás tem uma forte tendência para se expandir. Como as moléculas se movimentam com facilidade, a potencialidade de energia cinética é altíssima também, excedendo a do estado sólido e também a do estado líquido.

O plasma
É popularmente considerado o quarto estado físico da matéria, embora tal seja discutível… Não é um estado radicalmente diferente como os três outros estados, não é uma forma alternativa de ser e estar da matéria no espaço, radicalmente diferente dos três estados que conhecemos, já que se trata de um gás; ou seja, continuamos dentro do estado gasoso da matéria.

Porém, é um gás com uma particularidade diferente que o faz singular. Está submetido a elevadas temperaturas o que faz com que os eletrões saiam disparados das suas eletrosferas, ou seja, deixem de orbitar os respetivos núcleos dentro do átomo, coexistindo com eles sem estarem ligados a eles como estavam; por isso, a matéria ou o gás neste estado liberta luz radiante. O plasma é, portanto, um gás com carga elétrica.

Como vimos, a diferença entre os três estados da matéria é o maior ou menor grau de coesão das moléculas entre si. No caso do plasma, não é o grau de coesão que está em causa, pois é um gás como outro qualquer e, neste sentido, o grau de coesão é mínimo; o que está verdadeiramente em causa é a composição desse gás. Por isso, o plasma é um tipo de gás composto por moléculas nas quais os eletrões vivem soltos e dissociados dos seus núcleos.

Para além de ser um gás com propriedades especiais, também é questionável se deve ser considerado matéria ou energia. O plasma seria o momento em que a matéria se transforma em energia, se incendeia, se transforma em luz e calor. O plasma é matéria a arder, é a fusão nuclear que ocorre no interior das estrelas.

A água líquida em ebulição continua a ser a mesma água líquida. Porém, em virtude de estar a ser submetida a um considerável aumento de temperatura, já está no processo de mudar para o estado gasoso. Da mesma forma, o plasma é um gás que, por estar a ser submetido a altas temperaturas, faz com que os eletrões se libertem da órbita dos seus núcleos e emanem luz radiante, ou seja, transforma-se em energia, deixando de ser matéria para ser energia. O vapor resultante da água líquida em ebulição também é um gás visível, como o plasma, antes de desaparecer no ar. Poderíamos chamar-lhe plasma enquanto é visível porque é mais quente que o ar circundante?

O sol e as estrelas são formados basicamente por plasma, uma vez que só assim se atinge a temperatura necessária: 84 000ºC. Já não se trata de um grau maior ou menor de coesão das moléculas: é algo qualitativamente diferente. É a matéria em forma de gás, submetida a uma pressão tão alta que explode e se incendeia.

A maior parte da matéria no universo existe em forma de plasma, ou seja, em forma de energia. No nosso planeta, o efeito plasma pode ser visto naturalmente nos raios de uma trovoada e nas auroras boreais; artificialmente, nas luzes fluorescentes pois os televisores de plasma, como gastavam muita energia, desapareceram.

Auroras boreais e austrais
São uma consequência das tempestades solares. O sol atua como se fosse uma central nuclear de energia, com a única diferença de que nas centrais nucleares que conhecemos dá-se a cisão, ou seja, o núcleo do átomo do urânio parte-se com a consequente libertação de energia e lixo radioativo que cria um problema ecológico.

Na central nuclear chamada sol, como em qualquer outra estrela, a energia é criada por fusão e não produz lixo nem subprodutos radioativos. No interior do sol, a temperatura é de 14 milhões de graus; a esta temperatura, os átomos de hidrogénio fundem-se, criando um novo gás: o hélio. Esta reação nuclear cria energia que é irradiada em direção ao exterior do centro do sol.

As correntes de gás carregado eletricamente e, portanto, radiante ou luminoso que viajam do interior do sol para a sua periferia, criam campos magnéticos dentro do sol. Em alguns lugares, quando estes campos magnéticos são muito fortes, forçam o seu caminho em direção à superfície do sol. Quando chegam à superfície, arrefecem e criam dentro de si espaços vazios. O plasma arrasta o campo magnético para fora do sol, como se fosse um elástico que eventualmente se rompe, separando-se do sol e viajando pelo espaço. Milhões de toneladas de plasma, ou seja, gás incendiado, viajam livremente pelo espaço.

O fenómeno é conhecido como tempestade solar. Esta nuvem de gás viaja no espaço à velocidade de 8 milhões de km por hora, pelo que, depois de 6 horas, passa pelo planeta Mercúrio, depois de 12 horas, passa pelo planeta Vénus e, finalmente depois de 18, a tempestade solar chega ao nosso planeta. Quando chega aqui, a Terra defende-se com o seu escudo magnético invisível, desviando a tempestade que abraça o nosso planeta pelos polos, criando o efeito de aurora boreal na face que está voltada para o sol, mas que não é muito visível por ser de dia.  Ao passar para o outro lado, cria a aurora boreal na face escura do polo, que é a mais visível.

Relâmpagos e trovões
O relâmpago é uma descarga elétrica natural de alta voltagem, seguida pelo som de um trovão. Tudo isto acontece no interior das nuvens. Quando as atravessamos num avião parecem inocentes, inócuas e neutras, mas muito se passa no seu interior.

Água e gelo movem-se livremente no interior de uma nuvem. Este movimento é causado tanto pelas correntes ascendentes de ar quente, como pela força descendente da gravidade. Tal como o esfregar de qualquer objeto cria energia estática, o atrito entre as partículas de água e gelo causado pelas correntes de ar quente ascendente e pela gravidade descendente, confere cargas elétricas às partículas. As cargas positivas movem-se para cima, as negativas para baixo.

Há dois tipos de descarga de raios: no interior de uma nuvem e entre uma nuvem e o solo. A maior parte das descargas elétricas ocorre tipicamente no interior das nuvens. Um canal precursor da descarga surge no núcleo negativo da parte inferior da nuvem e segue para cima, onde comummente se concentram as cargas positivas, ocorrendo a descarga.

A génese de um raio entre a nuvem e o solo começa com pequenas descargas elétricas no interior da nuvem: estas descargas libertam eletrões que começam a descer vertiginosamente em direção ao solo. Esta busca de uma ligação com a terra é muito rápida e muito pouco luminosa para ser vista a olho nu. Quando os eletrões chegam perto do solo, atraem uma outra descarga elétrica de carga oposta, chamada de descarga conectante; é a união destas duas descargas que dá origem ao raio que vemos.

O trovão
O relâmpago atinge 20 000ºC, aquecendo e elevando instantaneamente o ar que atravessa a caminho do solo. O ar assim aquecido repentinamente em tão curto espaço de tempo provoca uma onde de choque, ou seja, uma explosão, causando o trovão que ouvimos muito depois de vermos o relâmpago. Tal acontece, por um lado, porque o trovão é consequência do relâmpago, por outro, porque a velocidade do som - 300 m por segundo - é muitíssimo inferior à velocidade da luz 300 milhões de metros por segundo.

Factos acerca da trovoada

• No mundo inteiro, acontecem cerca de 2 000 trovoadas todos os dias, o que corresponde a mais de 8 milhões de relâmpagos
• Cada relâmpago mede cerca de 6 km por 1 centímetro de diâmetro
• A descarga elétrica de um raio varia entre 100 milhões e um milhar de milhão de volts e daria para iluminar durante um minuto uma cidade de 200 000 habitantes.

Considerações filosóficas sobre os estados da matéria
É nosso entender que todos os campos do real são governados pelas mesmas leis; ou seja, as mesmas leis que regem o macrocosmo, regem também o microcosmo. Esta é a base da metáfora que indica que o que se verifica num determinado campo do real, tem a sua correspondência em todos os outros campos.

A ontogénese recapitula a filogénese; a história da vida e da sua evolução recapitula-se em cada indivíduo que vem a este mundo. Desde a sua conceção até ao seu nascimento, recapitula-se a história da vida no nosso planeta, desde o primeiro ser unicelular até ao aparecimento do ser humano. Do nascimento de um bebé até este bebé ser autoconsciente, recapitula-se a evolução da humanidade desde que apareceu há cinco milhões de anos no Vale de Rift, até ser consciente de si mesma depois de aprender a andar e a falar.

Podemos ver uma perfeita correspondência entre organização e o grau de coesão das moléculas nos diferentes estados da matéria e a organização e grau de coesão dos indivíduos nos diferentes sistemas políticos.

Estado sólido - comunismos da Coreia do Norte
O estado sólido caracteriza-se pela pouca movimentação das moléculas e por uma coesão máxima: o antigo comunismo soviético. De certa forma, a China de hoje e sobretudo a Coreia do Norte onde os indivíduos não gozam de nenhuma liberdade e onde a coesão é um valor absoluto, ilustram bem este estado, até pela forma como marcham as suas tropas. Caracterizam-se por uma falta de liberdade, sendo a igualdade o seu único valor. É um sistema político tão rígido como o estado sólido da matéria. A falta de liberdade faz com que a sociedade não cresça, não produza riqueza. No entanto, a pouca riqueza que há está melhor distribuída que nos países capitalistas.

Estado gasoso – capitalismo liberal dos Estados Unidos
O estado gasoso da matéria caracteriza-se pela absoluta liberdade das moléculas e por uma coesão mínima. O estado gasoso está para o sólido como a Coreia do Norte está para os Estados Unidos; no capitalismo liberal dos EUA, o valor fundamental é a liberdade a todos os níveis.

Aqui reina a lei da selva ou da sobrevivência do mais forte: os mais dotados vivem bem e são ricos, os menos dotados ficam para trás. A coesão é mínima e todo o nacionalismo americano se concentra no culto à bandeira, uma vez que o próprio Estado nada dá aos seus cidadãos. Apesar de os americanos pagarem impostos como acontece em todas as democracias ocidentais, pouco ou nada recebem do Estado - nada é garantido, nada é gratuito, nem sequer a saúde.

Estado líquido - socialismos da Escandinávia
O estado líquido da matéria é um estado intermédio entre o sólido e o gasoso. Neste estado, as moléculas não têm tanta liberdade de movimentos como no estado gasoso nem estão privadas de movimento e liberdade, como no estado sólido.

O tipo de socialismo que existe nos países escandinavos é o “medio virtus” ou “ in medio veritas” dos sistemas políticos. Procura-se harmonizar os valores da igualdade com a liberdade, por intermédio da educação para a partilha. Neste sentido, fuga ao fisco atinge o nível mais reduzido nestes países. Não é mal visto denunciar alguém que foge ao fisco; a qualidade de vida destes países excede a de qualquer outra democracia ocidental.

Plasma – guerra
Também para o dito quarto estado da matéria podemos encontrar uma correspondência na sociedade ou no mundo dos vivos. O plasma é matéria incandescente resultante da saída de órbita dos eletrões das respetivas eletrosferas ao redor dos seus núcleos. A guerra é um fenómeno parecido: povos desavindos rompem a harmonia e o equilíbrio existente. A guerra é plasma, em que o trovão se vê representado nas bombas e o calor e destruição dos raios nas rajadas dos mísseis.

Metamorfoses da matéria
Conforme a pressão e a temperatura, assim a matéria se encontra em estado sólido, líquido ou gasoso.

Entre o sólido e o líquido
Fusão - Passagem do estado sólido para o estado líquido, por meio do aquecimento. A uma determinada temperatura, as moléculas em estado sólido vibram com tanta intensidade que algumas chegam a vencer a força de coesão e passam ao estado líquido. Cada substância tem a sua temperatura de fusão característica a uma determinada pressão. Essa temperatura chama-se ponto de fusão.

A nível social, utilizamos a ideia ou conceito de fusão quando duas realidades parecidas se fundem numa outra. Vemos isso a nível das empresas que se fundem em monopólios, seguindo o princípio “se não podes vencer o teu inimigo une-te a ele”.

Solidificação – Passagem do estado líquido para o estado sólido, por arrefecimento. Quando se arrefece um corpo, as suas moléculas vibram menos. A uma determinada temperatura, as substâncias líquidas transformam-se em sólidas porque a força de coesão aumenta e a agitação molecular diminui. Essa temperatura, o ponto de solidificação, é igual à temperatura do ponto de fusão dessa mesma substância.

A nível social ou humano, o conceito de consolidar traduz-se em dar forma a um projeto, uma empresa, tornar mais forte, mais sólido, mais contundente.

Entre o líquido e o gasoso
Evaporação - Passagem do estado líquido para o estado gasoso, por meio do aquecimento. O líquido absorve o calor e transforma o líquido em vapor. Quando um líquido é sujeito a aquecimento, as moléculas que o compõem começam a movimentar-se mais rapidamente. As moléculas da superfície do líquido ficam mais quentes, pois estão em contacto mais próximo com a fonte de calor. Movimentam-se tão rapidamente que levantam voo, levando consigo o calor que absorveram, da mesma maneira que um avião rola pela pista até se erguer no espaço.  Uma vez livres do estado líquido da matéria e como são mais quentes que as moléculas do ar, sobem até desaparecerem, fundindo-se na humidade atmosférica.

Muito se evapora quando o dinheiro desaparece as pessoas desaparecem e fogem.

Condensação - Passagem do estado gasoso para o estado líquido, por meio do arrefecimento; por exemplo, a formação do orvalho. Este é o processo contrário pelo qual - o vapor, ao ser arrefecido, perde o calor que tinha, fazendo com que as moléculas se movimentam menos rapidamente, - perca velocidade e movimento, até voltarem ao estado líquido, com a consequente redução de movimento e liberdade, característicos deste estado da matéria.

Não há liquidez, ou seja, o dinheiro não aparece, está investido, não há dinheiro vivo; o dinheiro não flui.

Entre o sólido e o gasoso
Sublimação - Passagem direta do estado sólido para o estado gasoso (sem passagem pelo estado líquido) e vice-versa; pode ocorrer pelo aquecimento ou arrefecimento da matéria; por exemplo, o gelo seco é dióxido de carbono solidificado.

Eis uma palavra que tem muitas aplicações para além da mudança de estado entre o sólido e o gasoso. A sublimação pode ser entendida como o aproveitamento cultural de uma energia ou instinto natural. A transformação de calor em energia mecânica pode ser entendida como sublimação; o aproveitamento da água numa barragem para produzir energia elétrica, assim como o aproveitamento do vento para o mesmo fim, podem ser entendidos como sublimação.

Freud utilizou este termo no seu livro “O MAL-ESTAR NA CIVILIZAÇÃO” para dizer que a energia sexual ou eros pode ser sublimado, tirando-se partido dessa energia para fins mais culturais. Acrescentou ainda que São Francisco de Assis foi quem melhor soube sublimar a energia natural do Eros, desviando-a do seu fluir natural no ato sexual para a converter em amor universal. 

Pe. Jorge Amaro, IMC

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

3 Constituintes do Universo: Tempo - Espaço - Matéria

No princípio, quando Deus criou os céus e a terra, a terra era informe e vazia, as trevas cobriam o abismo e o espírito de Deus movia-se sobre a superfície das águas. Génesis 1,1

A Bíblia não pretende ser um livro de ciência; não devemos procurar nela nem verdades nem erros científicos. No entanto, à sua maneira, diz a verdade: no relato da criação do mundo, os elementos que compõem o Universo vêm ordenados da mesma forma que os ordena a ciência de hoje. Deus criou o tempo e o espaço quase em simultâneo, seguidos da matéria.

Composição do universo

Nos últimos tempos temos assistido a grandes avanços da Física sobre a origem e a natureza do Universo. No entanto, é precisamente nesta ciência que continua a abundar o mistério. Dada a sua dimensão e a nossa pequenez, é mais o que não se sabe do que o que se sabe acerca do Universo, e muito do que se sabe são apenas conjeturas, hipóteses que carecem de verificação experimental.

No nosso afã de encontrar a Trindade ou a tridimensionalidade transversal a tudo o que Deus Uno e Trino criou, com a maioria dos físicos chegamos à conclusão de que o Universo é composto por Tempo - Espaço – Matéria. Alguns podem opinar que a energia é um quarto elemento, mas não é assim: com a teoria da relatividade geral de Einstein, ficámos a saber que a matéria e a energia são transmutáveis, ou seja, a matéria é uma forma de energia e a energia é uma forma de matéria.

De alguma forma podemos dizer que a matéria ou massa, é energia solidificada ou condensada, a energia é matéria volatizada. Desde a sua natureza trinitária, no princípio, Deus criou três coisas, o tempo, o espaço e a matéria. O Universo é então composto por Tempo, Espaço e Matéria/Energia. O universo é um continuum de matéria que se transforma em energia e energia que se transforma em matéria dentro num marco espácio temporal.

Pela forma como a nossa mente logicamente funciona, somos levados a pensar que a matéria/energia é o conteúdo do universo e que o espaço e o tempo é são respetivamente o lugar e o momento em que a matéria e a energia se transmutam entre si. Ou seja, o Universo é composto por um elemento ativo matéria/energia e dois passivos, o tempo e o espaço.

A teoria da relatividade e a física quântica vieram desafiar a lógica do nosso pensamento no sentido de que nenhum dos três componentes é passivo, todos os três interagem entre si, de uma forma muito complexa, e nenhum dos três é mais importante que o outro; tal como dissemos no caso da tridimensionalidade a família humana, a existência de um dos elementos pressupõe a existência dos outros dois. Podemos também dizer aqui que cada um dos três elementos não existe por si só separadamente dos outros dois, por isso ou os três existem em concomitância ou nenhum dos três existe.

O princípio do universo

Durante séculos os cientistas ateus basearam o seu ateísmo no facto de o Universo não ter princípio nem fim, de sempre ter existido, e riam-se da Bíblia e da Igreja que sempre defenderam que o mundo tem em Deus o seu princípio e o seu fim. Sabemos que o universo é formado por tempo, espaço e matéria; se fosse eterno, o tempo não faria parte da equação, seria estático ou, quanto muito, cíclico.

Albert Einstein, em 1915, com a sua teoria de relatividade, estabeleceu a relação entre matéria, espaço, tempo e gravidade, assim como a equivalência e transmutabilidade entre energia e matéria. Como já dissemos, descobriu ainda que o Universo não é estático, mas que se contrai ou expande.

O padre Georges Lemaître, em 1927, descobriu que o universo estava em expansão e concluiu que houve um dia sem ontem, ou seja, que o Universo resultou de uma explosão cósmica (“Big Bang”) que ocorreu há 13,8 milhares de milhões de anos.

Edwin Hubble, em 1929, – observou com o maior telescópio do mundo (200 polegadas) que as galáxias para além da Via Láctea estavam a afastar-se de nós a uma velocidade proporcional à sua distância da Terra, ou seja, quando mais distantes elas se encontram de nós, mais velozmente de nós se afastam. As suas observações comprovam sem lugar a dúvidas, não só a teoria da expansão do universo, mas também que esta expansão se encontra em aceleração.

Para além destas observações, em 1965, Arno Penzias e Robert Wilson descobriram a radiação cósmica de fundo, conhecida pelas iniciais em inglês CMBR (Cosmic Microwave Background Radiation), presente em todo o espaço. Esta radiação de fundo é a que se observa quando sintonizamos num televisor um canal não ocupado por uma estação de televisão. O ruído que ouvimos é um eco do Big Bang e o formigueiro que vemos assemelha-se a uma fotografia tirada 380 mil anos depois do Big Bang, quando o Universo era ainda muito quente e denso.

Portanto, no princípio, existia um único ponto infinitesimamente denso e mais quente que o interior de uma estrela, ao qual os físicos dão o nome de singularidade; com a explosão desta singularidade e a sua rápida expansão foram criados o tempo, o espaço e posteriormente a matéria. O facto de que o Universo não seja estático e esteja em expansão, torna inconcebível que este sempre tenha existido e possa continuar a existir eternamente em expansão, logo deve ter tido um começo. Esse começo foi o Big Bang.

A representação gráfica do Universo em expansão, segundo a imagem que ilustra este texto, é triangular, coincidindo o vértice do triângulo com a fonte luminosa mais intensa: o Big Bang. Por isso se queremos ter uma ideia de como aconteceu o Big Bang basta acender uma pilha: vemos que a luz se propaga de uma forma triangular, e que este triângulo se expande até a luz se esfumar na distância.

O que analogamente acontece em todos os campos do saber humano é que tudo o que começa a existir, teve uma causa. Portanto, se o Universo começou a existir, a sua existência foi causada. Esta causa, porém, tem que ser em si mesma não causada, imutável, atemporal, imaterial e pessoal, ou seja, Deus.

Um universo oscilante

Sentindo os ateus que o chão lhes fugia debaixo dos pés, e não podendo negar o Big Bang, começaram a argumentar que num futuro distante, o Universo chegará a um ponto máximo de expansão e iniciará o movimento inverso através do qual toda a matéria se reunificará outra vez pela força da gravidade, para posteriormente explodir e se expandir num Universo simultaneamente novo e reciclado, num eterno suceder de “Big Bangs” e “Big Crunchs”.

Ou seja, o universo funcionaria como um ioió, uma grande explosão seguida de expansão que pararia no momento em que a força de expansão igualasse a força da gravidade. Chegado este ponto, o universo entraria no movimento contrario à expansão, ou seja, começaria a encolher-se vertiginosamente quando a força da gravidade superasse e anulasse a força de expansão, até colapsar numa implosão e criar uma nova singularidade, seguida por um novo Big Bang.

O universo seria oscilante, como um elástico que se expande rapidamente até a um ponto máximo, entrando então em desaceleração até parar a expansão e contraindo-se depois tão rapidamente como se expandiu, até chegar a um Big Crunch, ou seja, ao ponto infinitamente denso que daria origem a um novo Big Bang.

Esta teoria parece estar em consonância com a primeira lei da termodinâmica, (nada se cria, nada se perde tudo se transforma) a matéria é sempre a mesma, reciclando-se eternamente, pelo que o Universo não tem princípio nem fim. Representando esta ideia em filosofia está a teoria do eterno retorno - a história repete-se, como dizem alguns historiadores. Em religião, temos a teoria da reincarnação e a conceção cíclica do tempo, como entendiam os gregos: primavera, verão, outono, inverno, etc.

No entanto, isto não é o que vai acontecer desde observações feitas com o telescópio Hubble não apontam nesse sentido. A ascensão de um foguete pode nos dar uma ideia do que vai acontecer. Um foguetão ascende na atmosfera porque tem uma força superior à da gravidade que o atrai para a terra. Se lhe faltar o combustível, deixará de subir e a gravidade fá-lo -á voltar ao lugar inicial. Porém, se não lhe faltar o combustível e subir a mais de 12 Km por segundo, nunca mais voltará à terra e para sempre se distanciará de nós. É o que acontece com o nosso universo: a aceleração cósmica da expansão é tão elevada e, a densidade da matéria (que proporciona a gravidade) é tão baixa, que todos os objetos continuam a distanciar-se de nós para sempre.

O fim do Universo

Num Universo fechado, a gravidade pararia a expansão quando esta chegasse ao limite e seria seguida por uma contração. Mas o Universo é aberto e ilimitado, pelo que pode expandir-se eternamente, e tudo indica que a expansão está em aceleramento.

A velocidade de expansão das galáxias é demasiado grande para que a sua gravidade consiga inverter o movimento. Ainda que num futuro abrandassem, já estariam demasiado distantes para que a gravidade as obrigasse a contraírem-se. Portanto, a expansão é irreversível porque não há matéria suficiente no Universo para a força da sua gravidade a fazer parar. Assim, ou num dado momento o Universo congela ou se expande até gastar toda a sua energia e morrer.

A diminuição de massa devido ao esgotamento de energia diminui a força da gravidade, fazendo com que a inversão de marcha seja impossível. O Universo vai expandir-se até à morte que ocorrerá quando tiver gasto toda a sua energia.

Segundo a primeira lei da termodinâmica, na transmutação entre energia e matéria, nada é criado, nada é destruído, tudo se transforma, o que estaria de acordo com um Universo eterno e oscilante. Porém, nos termos da segunda lei da termodinâmica, a transformação de matéria em energia não é possível sem a deterioração ou desgaste irreversível da primeira. Por isso, os processos naturais conhecidos são quantitativamente conservadores (1ª lei) e qualitativamente degenerativos (2ª lei).

À primeira vista, pode parecer que a primeira lei da termodinâmica dá razão aos ateus e ao seu universo oscilante. Se a energia não pode ser criada nem destruída, isso significa que a energia pode ser reciclada ad aeternum.

Sim e não. A energia não pode ser criada nem destruída, mas pode mudar ou ser transferida de formas mais úteis para formas menos úteis. Em cada transferência ou transformação de energia no mundo real, uma certa quantidade de energia é convertida numa forma que não é reutilizável. Na maioria dos casos, esta energia inutilizável assume a forma de calor.

É certo que o calor em circunstâncias idóneas pode ser reutilizado. No entanto, nunca pode ser transformado no tipo de energia mecânica com o mesmo desempenho e eficiência de 100%. Por isso, cada vez que acontece uma transferência de energia, uma certa quantidade de energia útil (embora não se perdendo em conformidade com a 1ª lei) passará à categoria inútil (em conformidade com a 2ª lei da termodinâmica ou lei de entropia). Se assim não fosse, se só existisse a primeira lei da termodinâmica, seria possível construir um motor que consumisse só a energia que produz e que produzisse a energia que consome para se manter em funcionamento.

A razão pela qual o Universo não pode ressurgir dando lugar a outro Big Bang, mesmo que se contraia, é que o Universo é extremamente ineficaz (entropia): longe de poupar, desperdiça energia. De facto, o Universo é tão ineficaz que o ressurgir resultante do seu colapso seria apenas 0,00000001% do Big Bang original. Um ressurgir tão insignificante resultaria num novo colapso quase imediato e o Universo acabaria por transformar-se num buraco negro gigante para o resto da eternidade.

A analogia do sol

Tudo no Universo se processa de uma forma análoga. No nosso pequeno mundo, o sistema solar é composto por uma estrela - o sol - rodeada por 8 planetas, dos quais o nosso é o terceiro. Devemos a vida ao astro rei, mas este já não é jovem, já penteia cabelos bancos. De facto, tal como uma vela que aumenta a chama antes de se apagar, tal como um ser humano que parece melhorar antes de morrer (as chamadas melhoras da morte), dentro de mil milhões de anos a luminosidade do sol aumentará e ocupará dois terços do nosso céu. Os oceanos secarão, a atmosfera desaparecerá. Muito antes disto, o nosso planeta não oferecerá condições mínimas para a existência de vida.

O sol formou-se há 4.500 milhões de anos a partir de uma grande nuvem de pó e hidrogénio, que pelo efeito da gravidade entrou em redemoinho, como um furacão. Esta atração gravitacional fez com que a densidade fosse aumentando e, como esta, a temperatura do núcleo central aumentou também até alcançar os 10 milhões de graus. Nestas condições, aconteceu a fusão nuclear e a estrela começou a emitir luz. Calcula-se que o hidrogénio do sol já tenha reduzido em 40%. Calcula-se também que a Terra tenha surgido há 3.500 milhões de anos e que faltam mil milhões de anos até ao seu fim. Assim sendo e, apesar de faltarem ainda muitos anos, estamos já no último quarto de vida do nosso planeta.

Cada estrela tem o seu destino marcado desde o momento do seu nascimento: conforme a massa que tiver no dia do seu nascimento, assim será a sua morte. O nosso sol vai converter-se primeiro numa gigante vermelha, depois numa nebulosa planetária e quando tiver perdido toda a sua incandescência, numa anã branca, uma estrela 7 vezes maior que o sol, supergigante vermelha – supernova – estrela de neutrões. Uma estrela 40 vezes superior ao sol, transformar-se-á num buraco negro na sua fase final. Tal como as estrelas, o universo vai expandir-se até não ter mais energia para aquecer e para se aquecer e morrerá de frio quando tiver gasto todo o seu combustível.

Tempo

Para a física, o conceito ou coordenada do tempo é uma medida que determina a duração de alguma coisa sujeita a uma mudança. Há, portanto, três tipos de tempo:

O tempo psicológico ou humano que é aquele que cada um de nós experimenta - a nossa memória histórica do que aconteceu e que já não acontece, o presente que decorre agora e flui em direção a um futuro que está para vir.

O tempo cósmico, associado à expansão do universo e que começou no dia do Big Bang, um dia sem ontem e que acabará com o fim do mundo.

O tempo termodinâmico, associado ao incremento da entropia, ou seja, à segunda lei da termodinâmica segundo a qual a matéria não se converte em energia sem sofrer um desgaste; se assim não fosse, seria possível fabricar um motor que produzisse exatamente a mesma energia que consumia, um motor eterno. Mas tal não é possível, os sistemas que dissipam energia são irreversíveis.

Einstein descobriu que o tempo não é absoluto, mas sim relativo: relógios iguais e sincronizados podem medir tempos diferentes se um deles se mover a uma velocidade substancial e o outro ficar parado. Por esta razão, Einstein prefere falar de espaço e tempo como uma entidade única, espaço-tempo. Na verdade, já Kant entendia que o espaço e o tempo eram essenciais para a compreensão da experiência humana, sendo esta tudo o que decorre simultaneamente num tempo e num espaço.

O tempo diminui em proporção da velocidade: quanto mais veloz for o movimento o objeto, menos tempo decorre para ele. Acelera-se a velocidade e desacelera-se tudo à volta da pessoa que se move: o seu relógio, até o seu pensamento. A pessoa não se dá conta, mas um observador externo dá. Aqui reside a base do famoso paradoxo dos dois gémeos.

Um deles parte para uma viagem no espaço a 90% da velocidade da luz; o relógio deste gémeo em viagem move-se 44% mais rapidamente que o relógio do gémeo que ficou na Terra, pelo que o gémeo viajante envelhece mais lentamente que o gémeo que permaneceu na Terra. Depois de 5 anos, quando o gémeo volta do espaço, tem apenas mais 5 anos de idade enquanto que o seu irmão passa já dos 100. Isto que para o nosso pensamento convencional é um paradoxo, é pura realidade na teoria da relatividade.

Espaço

No tempo anterior ao Big Bang, o espaço tinha uma dimensão zero, ou seja, era inexistente. Com a grande explosão vai atingindo dimensões cada vez maiores até aos nossos dias e continua em expansão acelerada, continuando a crescer.

Entende-se por espaço as regiões relativamente vazias do universo, fora da atmosfera dos corpos celestes. Porém, hoje sabemos que não está totalmente vazio de matéria pois contém partículas de hidrogénio, ainda que de baixa densidade, assim como alguma radiação eletromagnética. Hoje sabe-se também que contém formas desconhecidas de matéria e energia, como a matéria negra e a energia negra.

Há um espaço que é real pois pode ser observado e um espaço que intuímos que existe, mas que não temos forma de observar. A luz viaja a uma velocidade de 300 mil quilómetros por segundo; a luz de qualquer estrela tarda milhares de anos a chegar à terra e a das galáxias milhões de anos. Existem corpos tão distantes que a sua luz ainda não chegou até nós desde que se formaram, por isso não podemos observá-los.

Tal como aconteceu com a conceção do tempo, também o espaço desafia a nossa mente convencional. Imaginamos o espaço linear estendido em todas as direções, como um contínuo tridimensional mensurável em altura, largura e profundidade que tudo envolve. Porém, não é assim: o espaço curva-se devido à força da gravidade que nele exercem os astros. Esta é maior ou menor segundo a sua massa. Por exemplo, na terra pesamos 8 vezes mais que na lua. Einstein vê na força da gravidade que faz dobrar o espaço muito mais que uma força: uma manifestação geométrica espaciotemporal.

Energia

Ao tempo do Big Bang, quando o espaço possuía uma dimensão zero, era infinitamente quente. Tal como a luz e o calor que emana uma pilha vão diminuindo à medida que se afastam da sua origem, tal como acontece com a expansão, assim o Universo vai esfriando à medida que se afasta do Big Bang no espaço e no tempo. Nos momentos que se seguiram ao Big Bang, não havia matéria, só havia fotões, eletrões, neutrões e protões. Com a contínua expansão do universo e a consequente descida de temperatura, estas partículas começaram a combinar-se entre si formando o núcleo do átomo de hidrogénio pesado que, combinado com mais neutrões e protões, forma o núcleo do hélio.

Com a descida brusca da temperatura, estas partículas iniciais já não tinham energia suficiente para neutralizar a atração eletromagnética entre elas e começaram a formar átomos, que são os tijolos da matéria.

Em grego, energia significa atividade, operação força. A energia é um conceito abstrato pois não se refere a um objeto físico. No entanto, segundo a teoria da relatividade especial existe uma equivalência entre massa e energia pela qual todos os corpos, pelo facto de serem constituídos por matéria, contêm energia. Vejamos algumas formas de energia:

Energia cinética – É a que possuem os corpos em movimento, dependendo da sua massa e velocidade.

Energia elétrica – Produz-se pela atração ou repulsa entre os corpos carregados eletricamente.

Energia nuclear – É a que resulta da rutura ou cisão do átomo. No caso da energia nuclear utilizada para a produção de eletricidade, trata-se da rutura do átomo de um elemento pesado como o urânio, ao ser bombardeado com neutrões. A fusão nuclear só é possível no interior das estrelas onde a temperatura ascende os cem milhões de graus.

Energia potencial – Uma garrafa parada sobre uma estante tem energia potencial dada a posição que ocupa, pois pode cair.

Energia química – É a energia absorvida, armazenada e libertada nas combinações químicas entre os átomos e as moléculas. As plantas por exemplo utilizam a luz do sol para produzir energia química que armazenam em moléculas orgânicas.

Energia radiante ou luminosa – Energia que se propaga no vazio em forma de ondas eletromagnéticas: luz visível, raios X, raios gama, raios ultravioleta, raios infravermelhos; a luz visível é só uma das formas da luz radiante.

Energia térmica – Quando se acende uma fogueira e se queima madeira, produzimos energia térmica - o calor flui dos corpos que se encontram a maior temperatura para os corpos que se encontram a menor temperatura.

Energia negra – A última forma de energia a ser descoberta há relativamente pouco tempo, em 1999. É mais o que não sabemos do que o que sabemos acerca da energia negra por esta não ser observável. É uma manifestação da gravidade ou da matéria-energia? A energia negra corresponde a 72% do Universo, sendo 23% constituído por matéria negra. Apenas 4,6% são átomos, ou seja, matéria, galáxias, estrelas e planetas.

Matéria

A nível microscópico, a matéria é formada por moléculas e estas por átomos que, por sua vez, se compõem de eletrões protões e neutrões. Para além disto, há ainda um conjunto de partículas subatómicas que formam os eletrões, os protões e os neutrões: quarks.

Macroscopicamente a matéria é o nosso sistema solar, a nossa galáxia e todas as galáxias que formam o universo observável. Fundamentalmente, o nosso universo a nível de matéria é composto por hidrogénio e hélio - 75% e 24%; apenas 1% da matéria conhecida é composta por todos os outros elementos. Todos os objetos celestes visíveis conhecidos, galáxias, estrelas, planetas e nuvens de pó, constituem 10% da massa do Universo; o resto é massa não identificável, indetetável que os astrónomos denominaram de matéria negra.  

Duas são as características principais da matéria: ocupa um lugar no espaço e tem massa. A massa é uma magnitude física fundamental que pode definir-se como a medida da quantidade de matéria que um corpo tem e que determina as suas propriedades de inércia e gravitação.

Como já dissemos, existe uma correspondência entre matéria e energia e energia e matéria; a matéria pode transformar-se em energia e a energia transformar-se em matéria; podemos ver a matéria como uma forma de energia ou a energia como uma forma de matéria; mas a matéria não é energia, nem a energia é matéria. A chama de uma vela, por exemplo, é composta por uma mistura de combustível em forma de vapor, oxigénio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e água, por isso podemos dizer que é matéria. Porém, a luz produzida pela chama é energia; o calor produzido também é energia, não matéria. O fogo em si mesmo, porém é um estado de matéria.

Como exemplo de energia que se transforma em matéria e matéria que se transforma em energia, tomemos a combustão do sol que transforma massa, ou seja, matéria em energia. Por sua vez, pela fotossíntese, esta energia absorvida pelas plantas é transformada em massa, pois é responsável pelo seu crescimento.

A matéria existe na natureza em três estados:

Gasoso – As moléculas que constituem um gás quase não se atraem umas às outras, pelo que se movem no vazio a grande velocidade, com muita separação umas das outras.

Líquido – As moléculas dos líquidos não estão tão próximas como as dos sólidos, mas estão menos separadas que as dos gases.

Sólido – Porque opõe resistência a mudanças de forma e de volume. As moléculas de um objeto sólido têm uma grande coesão entre si, pelo que adotam formas bem definidas, resistindo, portanto, a toda mudança de volume ou de forma.

Plasma – Também chamado o quarto estado da matéria é fundamentalmente um gás constituído por eletrões e por iões carregados positivamente. No nosso entender, o plasma não é o quarto estado da matéria pois não é verdadeiramente um estado, mas sim um processo; diz respeito ao exato momento em que a matéria se torna energia. Por isso, tanto pode ser considerado como uma forma ou estado da matéria, como uma forma ou estado da energia.

O nosso sol é constituído por plasma. Na Terra, os raios da trovoada são plasma que ocorre quando o gás atmosférico é aquecido a elevadas temperaturas e é ionizado por correntes elétricas. Uma outra forma de plasma são os ventos solares que interagem com o campo magnético da Terra, criando as auroras boreais. Por fim, a forma de plasma mais próxima de nós, depois que os televisores de plasma desapareceram por consumirem muita energia, são as lâmpadas fluorescentes que contemplamos todos os dias.

Conclusão

O futuro do nosso querido Universo não depende nem da energia nem da matéria visíveis, pois estão em minoria no Universo. Depende antes, da energia negra e da matéria negra. Estas duas estão em luta uma com a outra, como o bem e o mal; a matéria negra exerce uma força centrípeta sobre o Universo; se esta vencer - o mundo colapsa sobre si mesmo.

A energia negra, ao contrário exerce uma força centrífuga sobre o Universo, pelo que se esta última a vencer batalha, o Universo desintegra-se por completo: desintegram-se as estrelas, os sistemas solares, as galáxias e por fim os próprios átomos, protões, eletrões, neutrões e quarks que os constituem.

Seria o fim do Universo. Como a energia negra corresponde a 72% do Universo, sendo só 23% constituído por matéria negra, é de prever que ganhará a energia negra.

Colapsando sobre si mesmo, no caso de ganhar a matéria escura, ou desintegrando-se se o vencedor é a energia escura, de qualquer forma, o Universo está condenado. O nosso único consolo é que não isto não vai acontecer nos nossos dias, pois quando isto acontecer já toda a humanidade se encontra a viver com seu criador, Deus.

O nosso planeta terra está no último quarto da sua vida, ou seja, resta-lhe ainda 1 bilhão de anos. O universo que já existe às 14 bilhões anos parece que tem 5 bilhões mais. Estes fatos devem ser suficientes para matar qualquer ansiedade sobre um fim eminente. O que importa é o princípio que o universo teve um começo em Deus, seu criador e nele terá seu fim. Ele que criou tudo do nada só ele pode reduzir tudo ao nada outra vez.

Pe. Jorge Amaro, IMC