A Revolução Quântica

“A inteligência do homem, até onde avançará?”

Eurípedes, Hipólito (428 a.C.)

 

Órion: Filosofia, Religião e Ciência (Volume 1)

Durante a década de 1.920, um grupo internacional de físicos (Niels Bohr – 1.885-1.962 – dinamarquês, Werner Heisenberg – 1.901-1974 – alemão, Erwin Schrödinger – 1.887-1.961 e Wolfgang Ernst Pauli – 1.900-1.958 – austríacos, Paul Adrien Maurice Dirac – 1.902-1.984 – inglês e Louis de Brouglie – francês) descobriu um mundo novo, o subatômico, baseado em leis até então desconhecidas, a teoria quântica. Esse mundo subatômico era composto de partículas extremamente abstratas que, dependendo de como fossem abordadas, se comportavam ora como partículas ora como ondas, de forma semelhante à luz, que se manifesta ora como partícula e ora como pacotes de energia eletromagnética, os fótons. Assim, na década de 1.930 (Enrico Fermi – 1.901-1.954 – realiza a primeira fissão nuclear em 1.934 e a primeira reação nuclear em 1.942) já se sabia que as três unidades “básicas” não eram básicas, outras existiam, e desde então já foi descoberta a existência de mais de 200 partículas elementares, separadas em partículas estáveis e instáveis 2:63. Aquelas, 41 ao todo, foram divididas didaticamente em fótons, léptons e hadríons, com suas partículas e antipartículas (o fóton, o píon neutro e o eta são suas próprias antipartículas) 2:172:

 

Átomo1.   Fótons

2.   Léptons:

2.1  Elétron

2.2  Múon

2.3  Tau

2.4  Neutrinos: neutrino elétron, neutrino múon e neutrino tau

3.   Hadríons:

3.1  Mésons

3.1.1 Píon: positivo, neutro e negativo

3.1.2 Káon: positivo e neutro

3.1.3 Eta

3.2  Bárions

3.2.1 Próton

3.2.2 Nêutron

3.2.3 Lambda

3.2.4 Sigma: positivo, neutro e negativo

3.2.5 Ksi: neutro e negativo

3.2.6 Ômega

 

 

Antimatéria

      Pauli em 1930, previu a existência do neutrino, uma partícula leve (na época se achava que ela não tinha massa, agora se sabe que ela tem uma massa, mas que é muito mais leve do que o elétron) que é produzida em reações nucleares, mas que só foi detectada em 1956.

 O interessante é que o neutrino interage muito pouco com a matéria. Assim ele pode atravessar a Terra de um lado a outro, com mais facilidade do que a luz atravessa uma vidraça. O neutrino é, portanto, uma espécie de partícula "fantasma", muito difícil de ser detectado.

Isso deu origem à astronomia subterrânea. Colocam-se telescópios de neutrinos debaixo da Terra, no fundo do mar ou no fundo de geleiras, com quilômetros de rocha, água ou gelo em cima. A única coisa que pode atingi-los, vindo do espaço, são os neutrinos, ou seus primos pesados e cuja detecção é ainda precária, os WIMPs (weakingly interacting massive particles).

O neutrino elétron (0,03 vez menor que o elétron) e o neutrino múon (0,35 vez menor) seriam as partículas mais leves (à exceção dos fótons e glúons que não teriam massa mensurável) que existem. Os neutrinos não são componentes constituintes da matéria, mas partículas provenientes do interior de estrelas como o Sol. As antipartículas são partículas atômicas correspondentes às conhecidas, porém com cargas opostas. Assim, o elétron tem como antipartícula o posítron, de igual massa só que positivo, que gravita na periferia do átomo, provocando a evasão nuclear do elétron num efeito denominado tunelagem. Os átomos constituídos apenas de antipartículas formam o que conhecemos como antimatéria. Matéria e antimatéria são criadas a todo o momento no Universo, e não podem coexistir no mesmo espaço pois se aniquilam mutuamente, transformando-se em energia (criando um fóton), para logo em seguida produzir um outro par matéria/antimatéria. Essa criação/aniquilamento da matéria no vácuo é a fonte da chamada “energia do vácuo”. A origem da antimatéria, assim como a da matéria, ainda é um mistério para a ciência.

LEP

Todas essas partículas e antipartículas podem ser criadas e aniquiladas em experimentos de colisão realizados nos grandes aceleradores de partículas, como o LEP (Laboratório Eletrônico de Física) na fronteira da França com a Suíça e o Tévatron em Chicago, EUA. Daí o nome da física das partículas ser também designada como Física de Alta Energia. A maior parte das partículas sobrevive menos que um milionésimo de segundo, deixando apenas os “rastros” nas “câmaras de bolhas”, de forma que são identificadas devido à curvatura e espessura desse rastro. O Supercolisor Supercondutor (SSC) nos EUA teve sua construção cancelada, mas a ampliação do LEP, o LHC (Grande Acelerador de Hadríons), está em fase de construção.

Quarks

 

    Hoje se sabe que os hadríons são considerados como constituídos de partículas menores, os quarks (termo dado pelo físico americano Murray Gell-Mann em 1.964, quando suas existências ainda eram uma bela hipótese), num número total de 18, agrupados três a três em seis tipos: “u” (up), “d” (down), “s” (strange), “c” (charm), “t” (top) e “b” (bottom). O “u” é o mais leve, embora com massa 10 vezes maior que o elétron, e o “t” é o mais pesado e de difícil comprovação (comprovação essa obtida em 1.995 por cientistas do Fermi National Accelerator Laboratory), tendo existido apenas no primeiro bilionésimo de segundo do cosmos. O “s”, o “c” e o “b” existem apenas em partículas instáveis e o “d” e o “u” seriam constituintes da matéria. Dessa forma, por exemplo, o próton seria constituído de dois “d” e um “u”, e o nêutron de dois “u” e um “d”, os quais podem existir fora deles como partículas extraordinariamente esquivas com características muito estranhas.

A comprovação de que os quarks podem existir fora dos prótons e nêutrons veio depois da maior colisão já efetuada pelos cientistas do CERN, Centro Europeu de Pesquisas Nucleares, Suíça, em fevereiro de 2.000. Após o choque de dois núcleos de chumbo, gerando um calor de cerca de 1,5 trilhão de graus Celsius (100.000 vezes maior que no centro do Sol), recriou-se em laboratório a matéria existente logo após o Big-Bang. Até então “vistos” em pares ou trincas (o Káon positivo tem um “u” e um “anti-s” ou o nêutron de dois “u” e um “d”, por exemplo), em julho de 2.003 descobriu-se um “pentaquark” após a coalescência de um nêutron e de um Káon positivo em experimentos de colisão.LEP

Um quarto grupo importante de partículas subatômicas, não comprovado definitivamente, é constituído pelos bósons (bóson de Higgs). Ao contrário dos quarks e léptons (chamados hoje de férmions), os bósons não são construtores de matéria, mas transmissores das quatro forças fundamentais do Universo: a força eletromagnética, a força gravitacional e as forças nucleares forte (elementos não-radioativos) e fraca (elementos radioativos) que atuam no átomo. Os bósons seriam a chave para compreensão do Universo, explicando a distribuição de massa e peso entre as partículas atômicas e a comprovação de sua existência poderá responder à pergunta: por que existe a matéria? Bósons (com spin inteiro) e férmions (com spin semi-inteiro) estruturam a teoria da supergravidade.

Dessa forma, por exemplo, a força “eletrofraca”, unificação da força fraca com a eletromagnética, se mantém porque os léptons e seus neutrinos associados emitem e absorvem partículas com massa e carregadas, conhecidas como bósons W. Acredita-se que uma outra partícula chamada bóson Z, que tem massa mas é eletricamente neutra, é também substituída durante a interação. Outros bósons, os glúons, transmissores da interação forte, ligam os quarks para formar os hadríons. Os glúons, à semelhança dos fótons (hoje considerado um bóson), não teriam massa mensurável e viajariam a velocidade da luz. Além disso, se multiplicam ao viajarem de um quark a outro e, dessa forma, aumentam a intensidade da força que transmitem. Quanto maior o número de glúons trocados entre os quarks, maior se torna a força de ligação 2:235.

Segundo o “Princípio Abstrato de Incerteza de Heisenberg”, é possível se saber a posição de uma partícula subatômica ou sua velocidade (movimento), mas nunca ambas simultaneamente. Elas parecem ter vontade própria. A mecânica newtoniana não consegue explicar nem prever os eventos quânticos. Ainda no final do século XIX, o francês Henri Poincaré (1.854-1.912), que inaugurou a teoria do caos (cujas equações, que geram imagens aleatórias chamadas de fractais, formas cujas partes sempre reproduzem o todo, foram descobertas entre as décadas de 60 e 70 pelo matemático polonês Benoit Mandelbrot), tocou no problema de que as condições iniciais, nas experiências com o átomo, nunca são bem conhecidas e que sempre existe um grau de imprevisibilidade. Benoit Mandelbrot, tocou no problema de que as condições iniciais, nas experiências com o átomo, nunca são bem conhecidas e que sempre existe um grau de imprevisibilidade. 

A idéia central da teoria do caos é a de que pequenas alterações podem provocar mudanças drásticas em qualquer sistema, seja no clima de uma região, no movimento da bolsa de valores ou na explosão inflacionária, na população de pássaros de um ecossistema, na erupção de um vulcão ou no ritmo dos batimentos cardíacos. Os comportamentos aparentemente casuais seriam também governados por uma lei. Sabe-se hoje que um esfriamento das águas no Atlântico Norte diminui o suprimento de água na região da Mesopotâmia. Ou seja, cada causa vai gerar um efeito, que pode não ser previsível, e para cada efeito visível sempre haverá uma causa, ou várias delas, que pode não estar visível, no mesmo tempo e local, mas que com certeza existe (Lei de Causa e Efeito, vista em inúmeras religiões).

“O bater de asas de uma borboleta na China pode causar um tornado no Kansas amanhã”.

Edward Lorenz (meteorologista do MIT)

Conhecida em matemática como teoria da Catástrofe, o caos estuda as possíveis leis reguladoras do movimento aleatório e imprevisível dos sistemas, a maneira como mudanças matematicamente contínuas podem levar a resultados inesperadamente súbitos ou matematicamente descontínuos. Segundo René Thom, criador da matemática da Catástrofe, se o número de variáveis é pequeno, até 5 fatores, o número de possíveis catástrofes, ditas elementares, é de 11; mas, acima disso, o número de catástrofes possíveis chega ao infinito.

Na realidade, a ciência não consegue provar que uma partícula subatômica exista antes de detectá-la nem saber onde ela surgirá, mas apenas dizer que há uma probabilidade dela existir e de aparecer em determinado local. Quatro hipóteses tentam explicar esse “problema de medição”:

  1. A interpretação de Copenhague diz que essa probabilidade é tudo o que podemos e o que há para saber; é algo absolutamente aleatório saber aonde a partícula aparecerá – defendida por Niels Bohr e Werner Heisenberg;
  2. A Teoria das Variáveis Ocultas afirma que os eventos quânticos não são puramente aleatórios, mas que as partículas surgem em determinado local devido a razões ocultas que ainda iremos descobrir – defendida por Einstein, David Bohm e outros;
  3. A Hipótese dos Muitos Mundos (Cf. no artigo "A Escolha do Novo") afirma que quando uma partícula aparece em determinado local, todas as outras probabilidades de ocorrências acontecem em outros Universos inteiramente diferentes. Essa hipótese, apesar de fantástica, foi desenvolvida num estilo matemático muito sofisticado – proposta por Everett, John Archibald Wheeler e Graham (EWG); e
  4. A conexão Matéria/Mente afirma ser possível que a própria mente do observador, no ato de medir, influencie a manifestação do evento; seria a mente o fator que interferiria no aparecimento e no local do aparecimento da partícula subatômica ou até a criaria – sustentada por Eugene Paul Wigner (1.902-1.995), Jack Sarfatti, Evan Harris Walker e Muses.

Einstein, que defendia a segunda teoria, sobre a primeira esbravejou: “Deus não joga dados com o Universo!”. A imprevisibilidade quântica era demais para ele aceitar, embora Bohr e outros, usando as próprias teorias de Einstein, explicassem todas as suas objeções. A disputa entre as duas primeiras teorias significava provar se era a imprevisibilidade ou o determinismo os motores dos eventos quânticos, e as duas últimas deixavam transparecer que se a primeira fosse correta, a minha mente teria a capacidade de escolher o meu destino, dentre todas as probabilidades existentes (livre-arbítrio). A teoria-M (baseada nas p-branas de Paul Townsend) mostra a possibilidade real de até 11 dimensões (branas), sendo 7 delas tão pequenas que não são “notadas” (Cf. supercordas).

– “Tudo que chamamos de real é feito de coisas que não podem ser consideradas reais”. (Niels Bohr)

– “Você não está raciocinando. Está somente sendo lógico” (Einstein) – durante um grande debate sobre Física Quântica.

Seria o Universo constituído de coisas ilusórias? Toda a matéria é ilusória (Maya da religião hindu e budista – veja adiante)? O tempo é real ou imaginário? Segundo a filosofia positivista não é possível se determinar o que é real. Tudo o que se pode fazer é descobrir modelos matemáticos para se explicar o Universo. A noção de tempo imaginário existe na matemática, e é usada para explicar como a teoria quântica molda o espaço e o tempo.

“A distinção [entre o real e o imaginário] está apenas em nossas mentes?”

Stephen Hawking

  Diversos físicos e pensadores indignaram-se com a nova descoberta:

 

 “Pode a Natureza ser tão absurda como nos parece nessas experiências atômicas?”  2:45

Werner Heisenberg

  “Se alguém precisa se ater a esse maldito salto quântico, então me arrependo de ter me envolvido nessa coisa”.

Erwin Schrödinger

  “Vivemos numa era insana, mais insana do que o normal, porque, apesar dos grandes avanços tecnológicos e científicos, o homem não tem a mínima idéia de quem é ou do que está fazendo” .

Walker Percy

  “A vida é um sonho. Os cientistas hesitam em usar a palavra ‘sonho’ ao descreverem a Natureza da Realidade, mas continuam enchendo a boca com afirmações como: ‘Nós conjuramos o Universo’, ‘Somos participantes da realidade’ ou ‘A realidade é essencialmente sem substância’. Para mim isso parece sonho. E quando quero fugir desse sonho apenas fecho os olhos”.

A. C. Weisbecker

  “As interpretações dos vários mundos da mecânica quântica revelam que diferentes edições de nós mesmos vivem em muitos mundos diferentes, simultaneamente; um número incontável delas e todas são reais. ... A cosmovisão da física atômica é a imagem do caos ordenado... [enquanto] ... a mecânica quântica pode ser vista como uma redescoberta de Shiva, o deus hindu do caos e da destruição”.

Gary Zukov

Categoria: Órion Volume 1

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