Capitulo 5 - Onda, Energia e Materia
Autor: Boris Risnic | Publicado: 2005-03-24T10:52:00-03:00

Onda, Energia e Matéria.     Como vimos, quase toda energia que recebemos aqui na Terra vem do Sol, através das ondas eletromagnéticas.   Um pouco vem através da força da gravidade do sol que provoca as marés.     Vimos também que esta energia é gerada no Sol e em todas as estrelas através da fusão dos átomos destas estrelas.   Mas, quem dá a energia para fundir estes átomos ?      Na verdade, é a enorme força de gravidade que atrai a grande massa da estrela comprimindo-a no centro desta e gerando temperaturas altíssimas.  Quanto maior a estrela, mais massa e mais ação da força de gravidade, mais energia é gerada em forma de ondas eletromagnéticas.   É uma gigantesca fornalha queimando matéria e transformando-a em ondas eletromagnéticas !   Portanto, toda a energia que recebemos do Sol vem da força da gravidade dele.      Vemos então que o físico Albert Einstein estava certo ao dizer que matéria pode se transformar em energia e vice-versa.   Ou seja, matéria é energia e energia é onda, portanto matéria é onda também.   Os átomos no centro das estrelas são espremidos pela força da gravidade e explodem, desengarrafando as ondas da matéria e gerando ondas eletromagnéticas, espalhando energia pelo espaço.  É parecido com a bomba atômica que o homem inventou, que se baseia neste mesmo principio.     Mas quem fez as estrelas e toda a matéria que compõe o nosso Universo ?  Ou seja, quem colocou (engarrafou) toda esta energia contida nos átomos que formam a matéria ?      A resposta já esbarra um pouco no misticismo dos Vedas, mas vamos resistir mais um pouco com a ciência.    Para responder a esta pergunta básica será necessário examinar o que é um átomo e seus componentes.     O modelo de um átomo.     O que descreveremos a seguir é um modelo simplificado de como é e como funciona o átomo, baseado nas descobertas da ciência do século vinte.   Para explicar isso de maneira a que todos possam entender, evitaremos fórmulas e o uso de expressões científicas difíceis.  A descrição será propositalmente simplificada, suprimindo alguns detalhes mais avançados em prol do entendimento.   Tudo o que está aqui descrito, apesar de bizarro,  já está provado e verificado e já possui o consenso da quase totalidade dos cientistas, acreditem.      Peço ao leitor que se prepare, aperte o cinto de segurança, pois iremos voar alto.   Aqueles que ficarem com enjôo no final deste capitulo, não se impressionem, os cientistas que trabalharam e descobriram estes segredos também ficaram enjoados.  Muitos, como Einstein e Plank, morreram discordando de suas próprias deduções e descobertas.             Na figura acima (Fig 5.1) vemos alguns quarks tipo u e d que formam os prótons e nêutrons acima.Vamos lá.       O átomo é formado por um núcleo que se compõe de dois tipos de partículas.  Os prótons e os nêutrons.   Estes por sua vez são compostos de quarks que são como que tijolos da naturezaAlém do núcleo, o átomo se compõe também de elétrons que ficam vibrando loucamente a uma grande distância (relativa) do núcleo e que são da familia dos Léptons, partículas com massa pequena e alta velocidade.  Se imaginarmos que o núcleo seja do tamanho de uma laranja, isto equivaleria aos elétrons serem do tamanho de grãos de areia fina que vibrariam a uma distancia de 500 metros da laranja.    O “resto” do espaço interno do átomo é vazio (Fig. 5.2).   Os elétrons tem carga elétrica negativa e os prótons tem carga elétrica positiva.  Os nêutrons, como seu nomesugere, não tem carga elétrica nenhuma.   Entre os prótons e os elétrons, um atrai o outro e, se não fosse pela vibração louca do elétron, este seria atraído e sugado pelo núcleo e seria aniquilado ao se juntar ao próton.   Por outro lado, osprótons, de carga positiva, se repelem uns aos outros, apertados que estão, no núcleo.   Só se mantém unidos graças a uma força chamada “Força-Forte” que os cientistas dizem que é uma das quatro forças básicas do Universo, junto com a força da gravidade e a força eletromagnética que já conhecemos. (A quarta força básica é chamada de “Força-Fraca” que tem a ver com a radioatividade, mas no momento não nos interessa. )   A Força-Forte tem uma característica que a difere da força da gravidade.   A Força-Forte só atua fortemente em distâncias microscópicas e diminui rapidamente quando a distância entre os prótons começa a aumentar só um pouquinho.  Ao contrário, a força dagravidade atua em distâncias enormes, como da terra ao sol,  se bem que também vai diminuindo ligeiramente em função da distância.   Como os prótons estão muito próximos uns dos outros dentro do núcleo, a força-forte que age sobre eles atraindo-os uns aos outros, é maior que a força elétrica de carga positiva que repele uns dos outros.  Então, eles permanecem unidos no núcleo, mas, são relativamente sensíveis a se separarem por causa de forças externas.      Como sabemos, dependendo da quantidade de prótons-elétrons que um átomo é formado, ele se  caracteriza em um dos elementos químicos conhecidos.    O hidrogênio é o mais simples: tem um próton e um elétron, só.   O urânio é um dos mais complexos, apresentando 232 prótons, 232 nêutrons, e mais 232 elétrons.      O que nos interessa nisso tudo é a maneira pela qual os elétrons se mantém equilibrados compensando a atração dos prótons no núcleo, com sua louca vibração.    Ao contrário do que se pensava, os elétrons não ficam girando em órbitas ao redor do núcleo.  Eles não funcionam como “planetinhas” ao redor do nucleo-sol.   A massa deles é muito pequena e a força da gravidade não tem significado para eles.  Eles vibram.  E vibram loucamente de maneira que não seconsegue saber exatamente sua posição e velocidade.      A Física Quântica descobriu algumas propriedades desta vibração, aliás seu próprio nome vem desta descoberta:  O Quanta. (Fig. 5.3)   Descobriu-se que os elétrons ficam vibrando em diversos níveis energéticos fixos, como se fossem degraus que eles sobem quando ganham energia suficiente para vibrar mais.   Acontece que eles só passam de um nível para o próximo quando ganham uma quantidade igual ousuperior a mínima energia necessária para pular de degrau.  Essa energia é que se batizou de um Quanta.  Ela depende da freqüência de radiação, ou seja é diretamente proporcional a esta freqüência.    Esta freqüência é a freqüência da onda que seria liberada se o elétron estivesse livre (não preso ao átomo) .  Quando maior a freqüência de radiação do elétron, maior será a energia necessária para elevá-lo para o próximo degrau.   Se o elétron receber energia menor do que um quanta, ele não se modifica em nada.   (É como lance de consórcio.  Lance perdedor não vale nada)      Neste ponto, entra o Principio mais importante da Física Quântica: O Principio da Incerteza de Heisenberg, formulado pelo cientista alemão Werner Heisenberg, em 1927.    Este principio diz que não é possível determinar com exatidão, a posição e a velocidade de uma partícula, seja ela um elétron, um fóton ou um méson.  Se se determina a posição com exatidão, então a velocidade ou o momento (força energética) desta partícula fica indeterminado.   E, vice-versa, se se determina a velocidade com exatidão, a posição fica indeterminada.   Pode-se entender isso com o exemplo de um carro em movimento por uma estrada:  Saber sua posição e sua velocidade com a mesma precisão, em um dado momento, é impossível.  Vejamos:   Para medir a velocidade do carro teríamos que medir o espaço que ele percorreu e o tempo que gastou percorrendo este espaço.   Então colocamos um sensor que irá iniciar o cronômetro num dado ponto da estrada e outro sensor que ira parar o cronômetro digamos, 10 metros adiante.  Saberemos a velocidade média do carro nestes 10 metros dividindo 10 por “s” segundos que ocronômetro marcou. (Fig. 5.4)  Sabemos a velocidade média com grande precisão mas a posição do veiculo não é precisa.  Sabemos apenas que ele estava dentro daqueles 10 metros.  Onde ?  Não sabemos.        A precisão da medição do tempo também depende da precisão dos sensores, que naturalmente sempre tem um pequeno atraso na hora de acionar o cronômetro e na hora de pará-lo.    Estes dois pequenos atrasos, se tornam cada vez mais desprezíveis se a distancia de medição for de 10 metros, 100 metros, 1000 metros, etc.  O tempo gasto em percorrer estas distancias é muitomaior que o pequeno erro dos sensores.  A precisão da medição da velocidade média, neste caso aumenta quando se deixa o carro percorrer distancias maiores entre os sensores.    Porem, quanto maior a precisão da velocidade media medida, menor será a precisão de saber qual a posição do carro.      Ao contrário se quisermos saber com maior precisão a posição do carro, diminuímos os 10 metros para 5 metros, ou para 1 metro,  ou para 1 cm.   Neste caso o erro (atraso) dos sensores do cronômetro irá se tornar significativo, porque o tempo medido será muito pequeno.  Isto fará a precisão da medição da velocidade média medida ir para o espaço !  Saberemos a posição do carro em 1 cm mas a velocidade média, qual será, na verdade ?   O erro dos sensores introduziu um tempo adicional.   Cada vez que se diminui a distancia, o erro dos sensores é mais significativo.   E junto com a velocidade, perde-se também o Momento (energia) que o carro possui naquela posição medida.     Ou seja, o Principio da Incerteza, não nos permite saber com exatidão, as duas coisas.  Ou sabemos uma, ou sabemos outra.          Aí entra a segunda novidade quântica.  O elétron que subiu um degrau energético ao receber um quanta, se “distanciando” mais do núcleo de prótons (em termos energéticos), não gosta de ficar aí. Ele possui um desejo louco de voltar ao nível mais baixo.  Mas ele não volta de imediato.   Ele decide voltar em um dado momento, sem nenhuma razão aparente, por pura sorte, ou probabilidade quântica como dizem os entendidos.  Nenhum cientista até hoje, conseguiu determinar o que faz um elétron decidir voltar.  Einstein não engoliu esta e morreu dizendo que “Deus não joga dados”. Ele não estava de todo errado.   Apesar de as regras do Universo parecerem ser de puro acaso !  Pura Sorte !   Puro Cassino !  Pelo menos até agora, nem a mecânica Quântica nem nenhuma outra teoria conseguiu desmentir isso.  (Fig. 5.5)        E tem mais, quando o elétron resolve descer para o nível que é a casa dele, ele tem que devolver a energia, o Quanta que recebeu, e, então emite uma partícula-onda chamada de Fóton, que em alguns níveis de energia vem a ser a luz que conhecemos, e, em outros níveis pode ser um calor infravermelho, um raio X, uma onda de radio, ou de celular.    Tudo depende de onde o elétrondesceu, com muito ou pouca energia quântica equivalente a um quanta.  Depende da freqüência de radiação dele.    Um Fóton tem sempre a energia de um quanta, mas como um quanta é sempre proporcional a freqüência de radiação, podemos ter fótons nos mais diversos níveis de energia, equivalendo a cor (freqüência) da luz deles.   Esta proporção é sempre uma constante e foi batizada de “Constante de Planck” em homenagem ao pai da teoria quântica, Max Planck.   Planck usou a letra “h” minúsculo, cortada por um traço,  para simbolizar esta constante.        Há diversas maneiras de um elétron de um átomo ganhar energia, mas a principal é através da incidência de ondas eletromagnéticas.  Bombardeando um átomo com ondas eletromagnéticas, de freqüência adequada, se consegue fornecer energia suficiente para os elétrons pularem os degraus e até saltarem fora do átomo, se libertando dos grilhões dos prótons, que os mantinham presos.    Mas se eles não saltam, irão voltar aos seus níveis-casa, mais cedo ou mais tarde, de acordo com as probabilidades Quânticas, e emitirão fótons que devolverão a energia emprestada.      Uma outra maneira de um átomo ganhar energia é aquecendo o material que ele compõe, ou comprimindo os átomos uns contra os outros, como no caso das estrelas e suas fornalhas.    O Sol, por exemplo, emite bilhões de fótons para nós a todo instante.      Os fótons enganaram os cientistas durante vários anos, pois apresentam características de serem uma partícula e também de serem uma onda eletromagnética.  Isto causou polêmica nas décadas iniciais de século 20.    Na verdade, foi graças ao estudo do Fóton que depois se veio a saber que os elétrons também são ondas e não somente partículas !   E os prótons e os nêutrons também são ondas.   Todos não passam de ondas “engarrafadas” !         A Função de Onda      Os cientistas não sabem ainda a natureza exata destas ondas de matéria e energia engarrafadas e a teoria Quântica propôs uma saída gloriosa, que as experiências confirmaram totalmente.  Já que não podemos determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron ou outra partícula qualquer, isto quer dizer que não podemos jamais predizer o seu futuro.    Ao contrário de uma bola de bilhar em que sabemos exatamente onde ela estará no próximo segundo segundo a Física Clássica, no Elétron, é impossível calcular onde ele estará daqui a um segundo, pois não sabemos onde ele está agora se soubermos sua velocidade !    Propuseram então que o Elétron é uma onda de probabilidades, ou seja, se não se pode sabercom certeza onde ele está a cada momento e para onde ele vai no instante seguinte, pelo menos poderemos saber que a probabilidade de ele estar em um dado ponto é maior ou menor que a probabilidade dele estar em outro ponto, e, com isso podemos desenhar uma onda de probabilidades para ele.   Com o conhecimento matemático e físico atual se consegue desenhar esta onda de probabilidades do Elétron e, segundo as experiências feitas, estas probabilidades se confirmam.   Esta onda recebeu o nome de Função de Onda do Elétron.  Vide fig. 5.6       É como se fôssemos uma companhia de seguros de automóvel.  Não sabemos exatamente quais dos nossos clientes vão bater o carro e qual será o prejuízo, mas podemos avaliar por meio de estatística quantos vão bater e qual o prejuízo médio, e assim programar nossa contabilidade.      Agora, o que é mais bizarro nisso tudo é que tendo probabilidade de estar em diversos lugares, um elétron pode estar em dois ou mais lugares ao mesmo tempo.  Na verdade, as diversas probabilidades dele são como fantasmas que estão em muitos lugares ao mesmo tempo, e, por isso, quando eu disse que não é possível medir a posição do elétron e sua velocidade, simultaneamente com precisão, na verdade eu não me expressei corretamente:  Não existe uma posição ou uma velocidade de um elétron !  São muitas probabilidades a cada instante !     Ou seja, esqueça tudo o que você sabe sobre bolas de bilhar ou bolas de gude, os elétrons são partículas-onda que se comportam de maneira totalmente bizarra.   Podem passar por dois furos distantes numa mesma chapa de uma só vez, podem mudar de posição sem motivo, etc.   Tudo depende da função de onda e da concretização das probabilidades Quânticas.   Elétrons são puras probabilidades, são loterias em miniatura.     Para o nosso mundo funcionar como funciona, a chave é a concretização destas probabilidades Quânticas das Funções de Onda da matéria, ou seja, tudo o que acontece no mundo é porque as probabilidades Quânticas, deixaram de ser probabilidades e se concretizaram, naquele momento, naquele instante, naquele átomo, porque alguma consciência as viu, olhou para elas, detectou-as.   A bolinha da roleta caiu num orifício.   O sorteio aconteceu, se concretizou. A natureza jogou os dados, é certo, mas nós, com a nossa consciência, influenciamos o sorteio, portanto Deus realmente não joga dados, ele confia em nós para o resultado final (livre-arbitrio).     Se Deus jogasse dados, todo o seu (o nosso) destino dependeria só da sorte ?  Ou não ?    Haveria maneiras de se controlar ou ao menos influenciar estas probabilidades Quânticas ?    Que tal viciar a roleta da sorte ?  Ou poder controlá-la ?       A própria ciência responde:              - O Observador influi no resultado.      Fato comprovado teórica e praticamente, e conhecido no meio acadêmico como a “Interpretação de Copenhagen” feita por Neills Bohr em 1927.  Ao contrário da Física Clássica, onde se pode afirmar que as coisas acontecem quer haja um observador quer não, na Física Quântica, uma enorme onda de probabilidades (uma loteria) está latente enquanto ninguém observa e, somente uma entre elas é que se concretizará (o sorteio é efetuado) quando o observador olhar.   O momento em que ele olha e a maneira como sua consciência  observa, influem definitivamente em qual das probabilidades se concretiza, embora haja maior chance da concretização ocorrer no pico da função de onda.  A esta concretização se dá o nome de “Colapso da Função de Onda”, ou seja, todas as probabilidades “fantasmas” desaparecem, restando apenas uma, a “real”.Mas, cuidado, não pense que voce poderá mudar as coisas e o seu destino só com uma simples observação ou um pensamento.   É preciso muita força mental para provocar o colapso fóra do pico das probabilidades, e fazer isso com milhões de eletrons ao mesmo tempo então é tarefa de super-heroi!   Estão tontos ?   Estamos falando de ciência, não de misticismo !  Foi assim que ficaram os cientistas que descobriram isto.   Na época costumava-se dizer que: “... se poucos entendiam a Teoria da Relatividade de Einstein, depois de estudá-la, um grande numero de pessoas acabava aprendendo.   Mas, com a Teoria Quântica, com certeza, ninguém entende, mesmo depois de estudá-la !”    É melhor descansar um pouco.  Voltaremos a este assunto mais adiante.      Teoria das Super-Cordas     Quem engarrafou estas ondas-matéria ?    Estes Elétrons e Prótons eram ondas e foram engarrafados.  E quem fabricou as ondas antes de engarrafá-las ?    Esta resposta só veio com uma nova teoria chamada “Teoria das Super-Cordas” desenvolvida nas décadas de 70 e 80.No ano de 1968 o Físico italiano Gabriel Veneziano estava procurando uma equação que definisse o modo de funcionamento da Força-Forte, aquela que mantem os Prótons e Nêutrons unidos dentro do núcleo, e que só age em distancias microscópicas.Depois de estudar o assunto por quase um ano ele se deparou com uma equação formulada a 200 anos atrás por Leonard Hoiler, um matemático Suísso.  Esta equação descrevia exatamente a Força-Forte!   Ele ficou famoso pela descoberta.Alguns anos mais tarde, Leonard Susskind, em Stanford, olhando para esta equação, notou alguma coisa de familiar nela, mas não conseguia saber o que...pensou nela por algumas noites seguidas e finalmente descobriu:  Esta equação era a equação de uma corda ou elástico vibrando.  Velha conhecida dos músicos.Apesar de não reconhecida de imediato pelo mundo científico, aos poucos a teoria das cordas foi se firmando.   Esta teoria propôs que tudo é formado a partir de pequenos anéis de cordas, tipo violino,  que estão em toda parte formando o tecido cósmico. Tão pequenos, que é impossível vê-los ou sentí-los com os aparelhos de tecnologia mais avançada de que dispomos.   Estes anéis estão em formato de "loop" fechado e esticados ou torcidos a pressões estrondosamente altas de tal maneira que vibram muitíssimo e com alta energia.         Fig. 5-8  Repito aqui a aparência de uma corda da nova Teoria das Cordas, da Física Moderna:        <!--[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]> SHAPE  \* MERGEFORMAT <![endif]--><!--[if gte vml 1]>                                                                                        <![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]>   <![endif]-->  <!--[if !supportLists]-->•             <!--[endif]-->Seu comprimento é de 10(-33)cm.  Ou seja 0,0000000000000000000000000000000001 cm.  <!--[if !supportLists]-->•             <!--[endif]-->Estão tencionadas  a 10(+39) toneladas,  ou seja 1000000000000000000000000000000000000000 de toneladas. segundo os Físicos      Esta teoria como já vimos no capitulo 3, deduz que o espaço do nosso Universo não tem somente 4 dimensões (altura, largura, comprimento e tempo), mas sim, tem 11 dimensões.   Nós não sentimos estas outras dimensões porque elas estão espiraladas em círculos bem pequenos, microscópicos.    É como se fosse uma casca de laranja cortada em uma tira longa e espiralada, se você estica a casca espiralada ela parece um linha reta olhando de longe, mas na verdade é uma espiral.  Fig. 5-9      O que pensamos que é uma linha reta, na verdade é uma espiral, em cada uma das 3 dimensões que vemos.   Portanto só as 3 dimensões que conhecemos como comprimento, altura e largura, representam, na verdade 9 dimensões, pois cada uma tem três dimensões.  Somando-se a dimensão tempo temos 10 dimensões.  Fica faltando explicar só mais uma, que é a dimensão que dá a largura do anel.  Esta dimensão está realmente fóra do nosso mundo mas fica embutida nos anéis que fazem nosso mundo existir.   Mas, voltando aos nossos anéis, neste mundo de 11 dimensões, eles vibram conforme a geometria de 11 dimensões e ressoam nestas dimensões, gerando com isso vários tipos de vibração como notas musicais.    Vocês já devem ter visto um violino ou um violão com suas caixas de ressonância.     O fenômeno de ressonância funciona de maneira que uma dada vibração se auto-alimenta quando encontra uma geometria (caixa) com as dimensões múltiplas do comprimento de onda da vibração.    Esses anéis vibram, nestes espaços de 11 dimensões, em pequeníssimas caixinhas de ressonância.  Uns vibram na ressonância de freqüência E,  porque a caixinha tem um formato que ressoa nesta freqüência, outros na Q, outros na F, por exemplo.   São freqüências de ressonância diferentes devido a geometria das caixinhas do espaço microscópico em que vibram. Na figura ao lado vemos a representação de uma corda (anel) vibrando.  Como sabemos que vibração é energia, e, energia é matéria, é fácil deduzir que aqueles anéis que vibram na freqüência “E”, por exemplo,  dão nascimento a forma de onda engarrafada do elétron.   A vibração desses anéis, confinados na geometria microscópica do espaço de 11 dimensões, faz nascer um pacote de ondas de energia engarrafadas que chamamos de elétron.   Idem para os que vibram na geometria Q, formando o pacote de ondas de energia engarrafadas que chamamos de quarks, que são os tijolos que formam os prótons e os nêutrons.  E assim se formam todas as partículas sub-atômicas; mésons, píons, neutrinos, etc.   Modelos matemáticos destas vibrações já foram elaborados e muitas experiências indiretas confirmaram suas previsões, indicando que estamos no caminho certo.   Não é possível verificar estes anéis visualmente pois são muito pequenos, e, portanto, todas as experiências são indiretas ou matemáticas.     Finalmente, algo de bonito e fácil de entender.    O nosso universo é MUSICA !  São acordes musicais que fazem o nosso universo existir.  Digo fácil, porque a matemática para se calcular a vibração de cordas é muitos simples e conhecida a muitos séculos.   Só complica na hora de calcular essa energia em 11 dimensões...     Mais uma vez, os Vedas estavam certos.  Eles se referem a um “Nada Brahman”   que permeia todo o cosmos, traduzindo para: “O som do Silêncio”, Nada = Som, em sânscrito.  Na verdade os místicos devem ter visualizado estas cordas-anéis vibrando, porém não escutaram nenhum som pois a vibração se dá completamente fora da freqüência audível.     Bem, chegamos no limite da Física contemporânea deste inicio do século 21.  Sabemos que o mundo material provém de vibrações que se originam em anéis altamente tensionados e que permeiam todo o tecido cósmico.     Estes anéis, ao que tudo indica, se formaram por ocasião do big-bang, a explosão que deu  inicio ao nosso Universo particular.   A formação da matéria, alguns segundos após a explosão do big-bang, corrobora esta teoria e demonstra que o engarrafamento das ondas eletromagnéticas se deu pela condensação e aglomeração da materia através da atração gravitacional.   Guardem este segredo:  A Força Gravitacional tem a chave do nosso enigma.  Recentemente, já no século 21, surgiu uma nova e poderosa explicação para a origem do big-bang, segundo a qual existem inúmeros Universos-Membranas, muito maiores que o nosso, e que dois deles se aproximaram o suficiente para que se tocassem em um ponto, gerando uma explosão que foi o big-bang e acabou culminando com o nascimento de nosso Universo particular.  Ou seja, voltamos à estaca zero.  Quem criou estes Universos-Membranas ?   Daí pra frente, ou melhor, para traz, é o misticismo quem manda.    Mas ainda temos alguns pontos a esclarecer e algumas pistas a seguir que podem nos ajudar muito a fazer a ponte entre a ciência, o misticismo e nossas vidas.  Veremos adiante.