FÍSICA

Autor: Dilson C. A. Azevedo

(1ª Parte)

“Maravilhar-se é o primeiro passo para o Descobrimento"

   Louis Pasteur

                  (1822-1895; biólogo francês, inventor da pasteurização, método que destrói microrganismos patogênicos em alimentos; realizador do primeiro tratamento contra a raiva humana, gravíssima doença viral; pioneiro em demonstrar a impossibilidade da geração espontânea da vida a partir da matéria não viva, embora isso não exclua a visão cientifica atual da sua origem química através biomoléculas).

“A maioria das idéias fundamentais em Ciência é essencialmente simples e pode em geral, ser expressa em linguagem compreensível a todos”

                                                                                     Albert Eistein

                  (1879-1955; físico alemão, Prêmio Nobel de Física em 1921).

“A medida que as fogueiras do Conhecimento queimam de forma mais brilhante, tanto mais escuridão é revelada perante nossos olhos espantados”

                                                                                     Terence McKenna

                  (1946-2000; filósofo e etnobotânico norte-americano; estudioso de cogumelos alucinógenos).

“O Conhecimento é o alimento da Alma”

                                                               Platão

                  (427/428-348/347 aC designação que significa robusto; filósofo grego cujo nome real era Aristocles; foi aluno de Sócrates e mentor de Aristóteles).

                  A Física do grego antigo physis (Natureza) é: “A Ciência que investiga as Leis do Universo (ou Kosmos, significando ordem, harmonia, beleza) no que diz respeito a matéria ou energia, que são seus constituintes, e suas interações (I. Rodit; Dicionário Houaiss de Física)

                  Apesar de todo progresso científico, em nível de essência (do latim esse, ser; natureza fundamental de algo sem a qual o objeto não poderia ser o que é), matéria e energia ainda são difíceis de serem conceituadas ou definidas com precisão.

                  Tudo o que existe apresenta-se como matéria ou energia.

                  Matéria, palavra que vêm do Sânscrito (Matr – a medida) é: aquilo que ocupa lugar no espaço e contém massa de repouso.

                  Entende-se como massa: a quantidade de matéria existente em um corpo, conceito que não deve ser confundido com o peso, uma medida de força gravitacional (força que age sobre um objeto quando a gravidade o impele para baixo).

                  Chama-se corpo uma quantidade limitada de matéria, e designa-se como força tudo que pode alterar o estado de movimento ou repouso de um corpo. Gravidade é uma força fundamental, conferindo peso aos objetos e fazendo com que eles caiam ao chão quando soltos no ar.

                  A matéria comum (chamada também bariônica; 4% da matéria que existe e que emite e reflete luz) é formada por átomos (significa indivisível) em número de 10⁸⁰ no Universo, partículas em movimento perpétuo, vibração contínua (movimento periódico que se repete com uma freqüência (grandeza física que indica o número de ocorrências de um evento, em um lapso de tempo).

A idéia de átomo atribue-se aos filósofos gregos Leucipo de Mileto (sec. V aC) e seu discípulo Demócrito de Abdera que sistematizou o conhecimento de que a matéria pudesse ser dividida, até chegar a uma partícula indivisível chamada átomo. Existe uma lenda de que Demócrito ao sentir o cheiro de pão, levado por um criado, especulou filosoficamente que partículas do pão deveriam estar escapando para o ar, imaginando assim a noção de átomo.

                  Os átomos são medidos em picômetros (um trilhionésimo de metro). Eles são iguais e apresentam idêntica estrutura em todos os corpos do Universo, e podem se combinar constituindo moléculas, e estas se agrupar formando os corpos.

                  Constituem-se de um núcleo central ( 99,9% da massa) formado por prótons (do grego primeiro, convencionalmente com carga elétrica positiva) e nêutrons (sem carga), envolvidos por elétrons (carga elétrica convencionalmente negativa), tudo isso imprecisamente lembrando um Sistema Solar.

                  Em cada órbita em que está o Elétron, ele possui uma energia específica.

                  A palavra elétron, vem do grego Elektron que designa o âmbar, seiva que escorre de algumas arvores (P. Ex. Pinheiros). Na Grécia observou-se que ao se esfregar um pedaço de âmbar em pele de um animal ocorria atração de pequenas sementes.

                  O microscópio de tunelamento, inventado em 1981, permite a obtenção de imagens de átomos e moléculas.

                  Em 1989 cientistas da empresa IBM, usando um microscópio de tunelamento escreveram as letras IBM em uma superfície de níquel (metal branco prateado) com 35 átomos de Xenônio (gás incolor).

                  O número de prótons em um átomo determina seu número atômico, definindo assim o elemento (substância pura constituída de um só tipo de átomo).

                  Hoje conhecemos 118 elementos, muito deles feitos pelo homem.

                  O átomo de Hidrogênio é o mais simples (90% dos átomos do Universo) sendo constituído de um próton e um elétron.

                  Os átomos são basicamente espaços vazios, porém não conseguimos atravessar objetos devido a repulsão elétrica.

                  Ampliando-se um próton até o tamanho de uma bola de golfe, o  elétron no átomo de hidrogênio estaria em orbita em torno dele a uma distancia de aproximadamente 1,6 km (D. Paraná – Física).

                  Átomos com partículas apresentando carga elétrica oposta aquela dos átomos comuns constituem a antimatéria. Por exemplo: elétron com carga positiva (Positive Electron) que é chamado Pósitron.

                  Existe um aparelho de tomografia (Scan Pet, 1973) usado em Radiologia Médica, principalmente em Oncologia (estudo de tumores malignos) que utiliza positrons para obtenção de imagens.

                  O encontro da antimatéria com a matéria comum, ocasiona aniquilação (desmaterialização) de ambas, originando fótons de alta energia de alta energia (raios gama), neutrinos, etc.

                  Em nosso Universo predomina a matéria em relação a antimatéria, por razoes ainda não bem esclarecidas.

                  Em 2011 na Organização Européia para Investigação Nuclear foram produzidos átomos de anti hidrogênio.

                  Nossos átomos (aproximadamente 7x10²⁷; homem de 70 kg) são reciclados de outros seres que viveram antes. Em nosso corpo periodicamente são substituídos (aqui cabe perguntar: Quem sou eu?) em nossas 50 a 100 trilhões de células (célula, diminutivo de cella, pequeno compartimento, menor unidade viva).

                  Noventa e cinco por cento da massa de nosso corpo é formado pelos elementos: oxigênio, carbono, hidrogênio, nitrogênio. Cada um deles esteve um dia dentro de uma estrela que explodiu. Pode-se então poeticamente dizer que somos filhos das estrelas e feitos de poeira das estrelas.

                  Toda matéria segundo a visão cientifica atual é composta de 3 tipos de partículas elementares ou fundamentais (não possuem subestrutura):

1)     Leptons:

Significa leve ou pequeno; em número de 6 e suas 6 antipartículas: elétron pósitron, neutrino do elétron, antineutrino do elétron, muon, neutrino do muon, tau, antitau, neutrino do tau, antineutrino do tau.

Neutrino significa pequeno nêutron.

Cem trilhões de neutrinos (do sol, raios cósmicos) passam por nosso corpo a cada segundo

(Não tem carga e não são defletidos pelos elétrons ou prótons).

2)     Quarks:

Designação escolhida pelo físico Gell Mann, Prêmio Nobel de Física em 1969, lembrando o som feito pelos patos, e depois encontrada em um romance do escritor James Joyce.

Formam os prótons e nêutrons.

São em número de 6 sabores (tipos) e respectivas antiquarks: Up, anti up, down, antidown, charm, anticharm, strange, antistrange, bottom, antibottom, top, antitop.

3)     Partículas medidoras

Unidas por 4 tipos de forças:

Gravitacional (a mais fraca), eletromagnética, força nuclear forte, força nuclear fraca.

Ex.: Gluons, partícula z e w, fótons, gravitons.

            Hoje usam-se aceleradores de partículas (colliders) provocando choques entre elas para análise estrutural, sendo o que ocorre reconstituído por supercomputadores.

            Existem mais de 200 partículas, muitas delas com vida curta, transformando-se logo em outras mais estáveis.

            Devido a este “Zoológico de Partículas” alguns autores chegam a propor: “só há um componente fundamental a Corda e a pletora dos tipos de partículas reflete os diferentes padrões vibratórios que uma corda pode executar” (Brian Greene).

            Recentemente, os professores D. B. Sias, J. Sampaio, L. A. Mutzenberg, M. A. Moreira do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em excelente trabalho (Introdução a Física das Partículas) expuseram uma classificação desse difícil assunto, de modo didático e original, digna dos maiores elogios:

            Observações:

- Barion: significa pesado

- Meson: significa intermediário ou médio

- Hadron: significa robusto

- Graviton: ainda não detectado

- Bóson: homenagem ao físico indiano S. Bose (1894 – 1974)

Em 14/03/13 – Foi descoberto o Bóson de Higgs (físico britânico, Prêmio Nobel – 2013) o qual confere massa a matéria, e originalmente chamado Goddamn (maldita) particle pela dificuldade em ser detectada. Depois mudou-se o nome para God Particle (partícula de Deus) para chamar atenção da mídia.

Férmions – palavra derivada do nome do físico italiano Enrico Fermi (1901 - 1954) Prêmio Nobel de Física 1938).

Princípio de W. Pauli (1900 – 1958; físico austríaco, Prêmio Nobel de Física 1945):

Dois elétrons de um mesmo átomo não podem ter os quatro números quânticos iguais (descrevem as quantidades de energia dos elétrons nos átomos)..

A partir do ano de 2003, os três estados da matéria: sólido, líquido, gasoso, cujos exemplos clássicos visualizamos com a água (gelo, água líquida, vapor d’água), foram acrescidos de mais quatro estados mostrando assim que o conhecimento cientifico não é algo acabado:

4º Estado: Plasma:

Presente na televisão de LCD ou cristal líquido, televisão de plasma. Aqui, um gás quente eletricamente carregado apresenta elétrons circulando sem estarem presos aos átomos.

5º Estado: Condensado Bose-Einstein:

                 Condição onde a temperatura chega a ser tão baixa que as moléculas entram em colapso e comportam-se com um único átomo. Chama-se zero absoluto as temperaturas -275,15º Celsius; -459º Fahrenheit; 0º Kelvin. Nessa condição a matéria exibe efeitos de super condutividade e super fluidez.

                 A temperatura mais baixa que se atingiu até hoje foi 0,5 bilionésimo de 1 Kelvin no M.I.T. (2003).

                 A supercondutividade conduz a corrente elétrica sem resistência nem perdas, permitindo novas tecnologias (dispositivos de levitação magnética, por exemplo).

            6º Estado: Gás Fermiônico:

   Onde apesar das partículas estarem em baixa temperatura ainda se comportam isoladamente.

            7º Estado: Superfluído de Polaritons:

   Material sólido preenchido por partículas polaritons (junção de particulasde luz, fótons com uma excitação da matéria mesclando ondas eletromagnéticas com duas moléculas polares).