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Somos um grande vazio?



           É bem difícil para nós concebermos certos eventos descritos pela astronomia. Nosso Universo está cheio de mistérios e temos ainda poucas respostas para ele. Mas um fenômeno já muito bem descrito pela ciência, e que enche a maioria das pessoas de indagações, são as densidades extremas de alguns corpos no Cosmos. Por exemplo, a Estrela de Nêutrons possui uma densidade tão absurda que se pudéssemos encher uma colher de chá (cerca de 5 ml) com o material dessa estrela, teríamos uma colher que poderia estar carregando mais de 5,5 bilhões de toneladas de peso! Colocar isso na cabeça é algo quase impossível , porque foge de tudo o que conhecemos no nosso dia a dia. Mas isso passa a ser totalmente plausível quando passamos a nos atentar para a estrutura do átomo.

        Os átomos, como todos aqui devem saber, são as unidades construtoras de todos os seres que vemos ao nosso redor, vivos ou não. Eles formam as moléculas, metais e compostos iônicos de tudo o que tocamos. Esses átomos são compostos por partículas ainda mais básicas, chamadas de prótons, nêutrons e elétrons, como mostrado na figura abaixo. No núcleo, podemos encontrar os prótons e nêutrons. Já na eletrosfera, a qual envolve o núcleo, encontramos os elétrons. A estabilidade do sistema é mantida pela mecânica quântica e pela atração eletrostática entre prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa). Porém, se formos considerar a distribuição de massa e volume dessas partículas pela estrutura atômica, veremos que o átomo é mais um espaço vazio do que qualquer outra coisa! Novamente, na figura abaixo, por exemplo, as dimensões estão completamente distorcidas. Se o átomo fosse do tamanho de uma Catedral, podemos fazer uma aproximação de que o núcleo (prótons + nêutrons) seria do tamanho de uma pequena mosca, e onde praticamente toda a massa do átomo estaria concentrada!


         Considerando o modelo atômico de Bohr, vamos pegar o átomo mais simples para fazermos nossa análise: o isótopo H1 (hidrogênio). No hidrogênio, temos um único elétron circundando o núcleo, este o qual é formado por um único próton. Sabendo que a distância entre essas duas partículas, ou o Raio de Bohr (R), é igual a 5,29x10-11 metros, e aproximando a estrutura de uma esfera, podemos concluir que o volume total desse átomo é de 6,2x10-31 metros cúbicos, com o elétron fazendo o papel de limite superficial. Ok, agora considerando que as estimativas mais acuradas do raio do próton (r) é de 8,4x10-16 metros, seu volume (esférico) será de 2,5x10-45 metros cúbicos. Comparando o volume total do átomo com o volume total do próton, veremos que este último representa apenas 0,0000000000004% do interior atômico! Ou seja, no caso do átomo de hidrogênio, cerca de 99,99999999999996% é volume vazio! O mesmo pode ser parcialmente aplicado para os outros átomos, já que a eletrosfera aumenta bastante com a inserção de mais elétrons, e que estes possuem volumes virtualmente desprezíveis (só a massa é cerca de 2000 vezes menor do que a do próton). Sim, meu caro, com essa visão de Bohr, somos grandes vazios no espaço! Nós só sentimos um grande volume dos objetos ao nosso redor por causa da repulsão eletrostática entre os elétrons que ficam circundando o núcleo. Ou seja, nós não ´tocamos´ as coisas e, sim, somos repelidos por elas. Se espremêssemos nosso corpo em um volume que possuísse a nossa real massa concentrada, teríamos um ponto ínfimo como resultado .



       Voltando para a nossa Estrela de Nêutrons, fica agora mais plausível concebê-la, certo? Para a formação da mesma, o núcleo da estrela original entra em colapso e espreme com enorme pressão gravitacional sua matéria (1). Como resultado, temos a formação de uma massiva quantidade de nêutrons, os quais se juntam com os outros nêutrons já existentes em um espaço minúsculo. O próton e o nêutron possuem dimensões parecidas, só mudando as cargas eletrostáticas (um é neutro e o outro é positivo). Não existindo mais eletrosfera, apenas nêutrons agrupados, aquele 0,0000000000004% pode passar a ser mais do que 100%, ou seja, toda a massa dos átomos que compunham a estrela original passa a se concentrar no menor espaço possível. Em outras palavras, a densidade se torna assustadora, onde o núcleo concentrador de massa do átomo passa a ser o novo bloco construtor da estrela. Acrescentando ainda mais pressão gravitacional, chegamos a uma densidade ainda mais assustadora, onde poderíamos ter, então, nossos Buracos Negros (2).  

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          Mas, nesse ponto, é preciso alertar para algo que a grande maioria desconsidera: a mecânica quântica. Sim, se formos pensar no átomo como partículas girando em torno uma da outra, veremos que grande parte do átomo é vazio. Até mesmo se pensarmos na distribuição de massa do mesmo pelo seu volume, veremos que ele é muito pouco denso. Só que interpretar o átomo como um grande espaço vazio não é nada acurado no ponto de vista da Física Moderna. Os elétrons, por exemplo, possuem seu movimento e características moldados pela Incerteza Quântica. Além disso, eles devem ser encarados como partículas-onda, assim como os fótons da radiação eletromagnética. Os espaços "vazios" ao redor do núcleo comportam todas as funções de probabilidade dos elétrons e estão permeados de partículas responsáveis pela atração eletrostática (fótons da força eletromagnética). E se formos ainda mais fundos, o ´vazio´, ou ´vácuo´, pode não ter nada de vazio, podendo ser composto por partículas virtuais e, possivelmente, Energia Escura (3). Portanto, simplificar o átomo como sendo algumas partículas girando uma ao redor das outras em um grande mar de vazio passa longe do correto, apesar desse pensamento ser, sim, correto para determinadas análises, como a densidade de uma Estrela de Nêutron.

         Em conclusão, o átomo é, e não é, um espaço bem vazio. Em termos de densidade e volumes particulares, sim, podemos pensar na matéria visível como um grande espaço vazio. Mas em termos quânticos e matéria não visível, o vazio está longe de ser vazio.

(1) O que são as Estrelas de Nêutrons?

(2) O que são os Buracos Negros?

(3) O que são a Matéria e Energia Escuras?

Artigo Recomendado: Qual a relação entre Ouro, Mercúrio e Teoria da Relatividade?

REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1.  http://www.fnal.gov/pub/science/inquiring/matter/
  2. http://www.fnal.gov/pub/science/inquiring/matter/
  3. http://education.jlab.org/qa/how-much-of-an-atom-is-empty-space.html
  4. http://www.mat.univie.ac.at/~neum/physfaq/topics/touch.html 
  5. https://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2013/today13-02-01_NutshellReadmore.html