Para a física do século 19, átomos não poderiam existir


Marcelo Gleiser - Professor de física teórica do Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor do livro A Harmonia do Mundo.

Outro dia, um amigo me fez uma pergunta aparentemente ingênua sobre o elétron. Como toda boa pergunta, por trás dela escondem-se grandes revelações.

No caso, as idéias da física do século 20 que revolucionaram nossa concepção da matéria, lançando a sociedade na era atômica e digital.

"Marcelo, se o elétron tem carga elétrica negativa, o próton positiva e cargas opostas se atraem, por que os elétrons nos átomos giram em torno dos prótons sem cair? O que os segura"?

A pergunta é inspirada pelo modelo do átomo como sendo uma espécie de minissistema solar, com os elétrons girando em torno do núcleo como os planetas em torno do Sol.

No caso dos planetas, a força responsável é a gravidade. Por que os planetas não caem sobre o Sol? A explicação é bem diferente da dos átomos.

Em vez de planetas girando em torno do Sol, vamos usar um exemplo mais palpável, uma pedra atraída pela Terra. Se soltarmos a pedra de certa altura, ela cai na vertical em direção ao centro da Terra.

Se atirarmos a pedra na horizontal, ela já não cai mais na vertical, mas descreve uma curva parabólica. Quanto maior a velocidade da pedra na horizontal, mais longa a curva e mais longe ela cai.

Um satélite em órbita em torno da Terra é como essa pedra; só que viajando a uma velocidade tão alta que continua sempre caindo, sem tocar no chão.

Os planetas também são satélites "caindo" sobre o Sol. E por que não caem de vez? Por que no espaço não tem ar e, portanto, não tem atrito.

"Ah, então é isso? Os elétrons giram sem cair em torno do núcleo atômico porque não existe atrito no átomo?" perguntou meu amigo. Infelizmente não é tão simples. A força elétrica é bem diferente da gravitacional.

Quando uma carga gira em torno de outra, ela emite radiação e perde energia. Aos poucos, o elétron cairia sobre o núcleo com certeza. Essa é a conclusão à qual chegaríamos se usássemos a física do século 19 para descrever os átomos: segundo ela, os átomos não podem existir!

A solução foi criar uma nova física, obedecida por objetos de dimensões atômicas. O mundo do muito pequeno obedece à leis muito diferentes das nossas. Onde começar? Em 1913, Niels Bohr propôs a primeira extensão do modelo do átomo além de um minissistema solar.

Afirmou que o elétron não cai no núcleo porque não pode: suas órbitas são como degraus de uma escada. Podemos estar em um ou outro mas não entre dois. Imagine então o átomo como uma espécie de um minúsculo Maracanã.

O núcleo fica no centro do gramado. Os elétrons podem correr em torno dos degraus da arquibancada. De vez em quando, pulam de um degrau a outro. Se vão para cima usam energia, para baixo, liberam energia.

Porém, os elétrons jamais podem sair da arquibancada invadir o campo. Bohr não explicou o porquê da proibição.

Mas o modelo funcionou bem o suficiente para que ficasse claro que ele tinha elementos da explicação final.

Em 1925, foi proposto que o elétron não fosse uma simples bolinha de bilhar. Objetos de dimensões atômicas não podem ser descritos com imagens do nosso dia-a-dia.

Não sabemos o que o elétron é. Apenas como se comporta, o que já é suficiente. E seu comportamento obedece ao princípio da incerteza, que diz que não podemos medir sua posição e velocidade com precisão arbitrária.

Ou seja, se acharmos que o elétron está pertinho do núcleo, já não está mais. Sua posição sempre vai ser incerta, numa espécie de vibração incessante.

Feito uma partida de futebol; como vimos na Copa do Mundo passada, essa coisa de ser favorito é muito incerta também.