Átomo

Não me lembro da primeira vez que vi um átomo, mas me lembro bem da primeira vez que os estudamos na aula de ciências, e eles me fascinaram. A complexidade dos desenhos que nos mostravam, e como eles podiam se unir e formar substâncias, me fez querer saber mais: li muito sobre eles, sobre seu lugar na tabela periódica, suas partículas, e até sobre como eram usados para gerar a energia das nossas casas.

Muito tempo depois aprendi a programar, e quis refletir o que havia aprendido nas aulas e nos livros. Queria criar um átomo, vê-lo se mover, fazer cada uma de suas partes parecer real; combiná-las e, talvez, construir algo maior em um simulador. Mas aconteceu algo inesperado: eu já não era um jovem curioso, mas um adulto com outra forma de pensar. Então comecei a investigar do zero. E o resultado foi surpreendente: depois de anos lendo livros sobre o assunto, bastaram poucas horas de pensamento crítico para revelar detalhes que eu nunca tinha visto antes.

Embora os relatos variem bastante, quase todos remontam à Antiguidade e se parecem bastante com este:

"Dizem que os primeiros estudos sobre os átomos remontam à Antiguidade, quando os mais estudiosos se perguntavam em quantas partes tudo poderia ser dividido. Após longos estudos, concluíram que as coisas só podiam ser divididas até um limite, deixando ao final fragmentos tão pequenos e imperceptíveis que os chamaram de átomos."

Para entender a ideia, imagine que você está extremamente entediado e pega qualquer coisa divisível —um palito, uma folha, um pedaço de fruta— e a parte ao meio. E de novo. E de novo… até você simplesmente não conseguir mais. E pronto: você tem um átomo! …ou pelo menos era essa a ideia.

Se pudéssemos parar o tempo e ficar com essa história, eu conseguiria construir meu simulador sem problemas: bastaria fazer uma maçã se dividir em duas, em três…, definir um limite e pronto. Mas isso era apenas o começo da história.

O que segue é o subproduto de um estudo profundo sobre fatos históricos e descobertas que foram moldando aos poucos o que hoje chamamos de átomos.

No início do século XIX, um químico britânico chamado John Dalton, na ausência da tabela periódica e de símbolos para representar os elementos químicos, criou seu próprio sistema de representação gráfica. Basicamente, fez uma lista dos elementos conhecidos —ouro, prata, carbono, oxigênio...— e desenhou um círculo ao lado de cada um, com um design diferente no interior para poder diferenciá-los.

Dalton concebia os átomos como pequenas esferas sólidas e indivisíveis, que ele chamava comumente de "partículas últimas", algo como o limite da matéria, onde ela não podia mais ser dividida. Seu trabalho conseguiu unir, de uma vez por todas, o conceito abstrato do átomo com a experimentação química, motivo pelo qual é historicamente reconhecido como o pai da teoria atômica.

Quase um século depois, outro cientista britânico chamado Joseph John Thomson, tentando explicar a natureza dos raios catódicos, argumentou que eles eram formados por pequenos corpúsculos portadores de eletricidade. Para explicar de onde vinham essas partículas, argumentou que elas viviam dentro dos átomos, algo como as passas em um pudim, e chegou a construir uma teoria atômica baseada nesse pudim de passas.

Vale notar que Thomson jamais mostrou ao mundo um único desses corpúsculos: ele os deduziu de seus experimentos, não os viu. Ainda assim, a ideia foi premiada com o Nobel em 1906 e ficou gravada como um fato. A partir daí, o átomo deixou de ser uma hipótese modesta para se tornar algo que ninguém ousava questionar. Esses acontecimentos mudaram por completo as regras do jogo para os cientistas da época, transformando o átomo e suas teorias em um trampolim seguro para o sucesso.

Anos depois, um cientista neozelandês chamado Ernest Rutherford também relacionou suas pesquisas sobre radioatividade com os átomos, e argumentou que eles não eram estáticos como o pudim de Thomson, mas algo muito parecido com um sistema solar em miniatura. Ele também acrescentou uma peça nova —um núcleo minúsculo onde se concentrava quase toda a massa— e construiu sobre ela uma nova teoria atômica.

O novo modelo atômico-planetário era algo como um núcleo muito pequeno e de carga positiva, ao redor do qual orbitavam partículas de carga negativa (os elétrons), formando uma espécie de sistema orbital. A terceira peça, o nêutron, ainda não aparecia: só surgiria em 1932. Por suas pesquisas sobre substâncias radioativas, Rutherford ganhou um Nobel em 1908.

Quase junto com o sucesso de Rutherford, um jovem dinamarquês chamado Niels Bohr, tentando corrigir erros no modelo atômico-planetário, acrescentou a ele níveis orbitais, níveis energéticos, saltos entre órbitas, e até a emissão e absorção de luz, que ele assumiu como ondas eletromagnéticas. Com seu trabalho, Bohr transformou o que antes era um mapa teórico para explicar certos fenômenos em algo que exigia lousas inteiras para ser entendido. Como fruto de sua contribuição à estrutura dos átomos, Niels Bohr ganhou um Nobel em 1922.

O que veio depois de Bohr foi uma lista quase interminável de mentes brilhantes. Todas elas acrescentaram teorias cada vez mais ousadas sobre os átomos —nunca antes vistas—, fazendo seu aparato matemático crescer a níveis astronômicos. Para ser sincero, depois de horas de leitura sobre o tema, olhar para cada modelo atômico era como olhar para o trenó do Papai Noel: algo escandalosamente divulgado que ninguém jamais conseguiu ver.

Já que os modelos atômicos são um mapa imaginário, surge uma pergunta mais honesta: alguma vez já se viu algo parecido com um átomo? A resposta curta é incômoda: depende do que entendemos por ver.

Para explicar melhor, imaginemos que olhamos para uma maçã: a luz rebate em sua superfície, chega até nós e forma sua imagem em nossos olhos. Mas abaixo de cerca de 200 nanômetros esse truque deixa de funcionar: a luz comum já não devolve um retrato do que existe; parece passar ao redor dele sem desenhá-lo e segue seu caminho, como se aquilo fosse translúcido. Só uma luz muito especial —extremamente intensa, como a produzida nos grandes aceleradores de partículas— conseguiu se aproximar dessa escala, e mesmo assim o que ela entrega não são fotografias, mas padrões: silhuetas e sombras.

A ciência, usando toda a tecnologia ao seu alcance, chegou surpreendentemente longe: consegue localizar silhuetas difusas, contá-las, organizá-las uma a uma, medir o campo elétrico em escalas incrivelmente pequenas. Mas cada uma dessas façanhas é uma medição disfarçada de imagem, não um olhar direto. O que hoje chamamos de "uma foto de átomos" ainda é um mapa —muito melhor que os de Thomson ou Bohr, mas um mapa afinal—. E é preciso dizê-lo com calma, sem dramatismo: medimos seu rastro com precisão extraordinária; vê-los, no sentido simples em que vemos uma maçã, ainda não. E o mesmo vale para quase tudo o que é muito pequeno ou muito distante.

Uma hipótese quase absurda, mas crucial: o que aconteceria se, diante de sua inverossimilhança, decidíssemos remover o átomo de uma só vez, apagando cada um de seus modelos das salas de aula e de todos e cada um dos ramos do conhecimento?

A primeira coisa que aconteceria seria um caos total nas salas de aula e na educação. Os livros didáticos teriam que ser reescritos, apagando mais de 200 anos de história. Milhões de páginas ficariam cheias de "buracos" conceituais, palavras riscadas ou termos proibidos que tornariam os textos totalmente ilegíveis. As equações de Schrödinger, as estruturas de Lewis e os diagramas de ligações moleculares ficariam sem uma premissa básica, transformando-se em rabiscos sem sentido. Teses inteiras dedicadas à nanotecnologia, à física nuclear ou à bioquímica seriam invalidadas de uma só vez.

A ciência, por sua vez, não pararia: buscaria outros caminhos —matemáticos, filosóficos— para explicar o que o átomo costumava explicar. Porque o mundo continuaria feito da mesma coisa. Teríamos apagado apenas o mapa, não o território.

Por mais improvável que pareça, por trás de todo esse esforço —e de milhares de pessoas dedicando vidas inteiras a desenhar melhor o átomo— há uma aposta: investigar do que é feita a matéria em um nível mais profundo promete um universo repleto de possibilidades.

A transmutação dos elementos químicos poderia se tornar viável. Os reatores nucleares já transformam elementos como o urânio em plutônio e césio. Bombardear elementos mais leves com partículas também pode transformá-los em elementos mais pesados. No entanto, cada uma dessas transformações é extremamente cara e inviável, e ainda por cima retorna quantidades ínfimas. Tudo isso é algo que poderia mudar se entendêssemos melhor o processo e pudéssemos controlá-lo em um nível mais baixo.

Para dizer de forma brincalhona, poderíamos transformar pedras em ouro ou diamantes, encher os bancos e depois transformá-los de volta em pedras; e até ir além e criar novos elementos químicos com novas propriedades: materiais que desafiam a gravidade, supercondutores em altas temperaturas… uma história sem fim.

O segundo prêmio já está ligado, e não em um laboratório, mas na sua casa: boa parte da eletricidade do mundo vem de um esforço enorme que permite que todos nós a aproveitemos. Entender melhor a matéria poderia abrir caminhos para gerar energia que ainda não conhecemos, muito melhores e mais eficientes do que os atuais. Isso sem deixar de lado a possibilidade de seu uso para fins não pacíficos, o que trouxe resultados trágicos ao longo da história.

Mas nem tudo traria tragédia. Por trás dessas pesquisas está a esperança de aprimorar tecnologias como a ressonância magnética nuclear, indispensável para diagnosticar doenças; ou de encontrar novas formas de processar informação, que poderiam levar os futuros computadores a limites inimagináveis. E, sem dúvida a mais ambiciosa e imaginária de todas, desponta uma velha meta: entender o que é o tempo e, talvez, conseguir controlá-lo.

Tudo isso explica por que tantos nunca largam o lápis e continuam pesquisando. Se um mapa tão borrado e imaginário como o átomo já nos trouxe até aqui, até onde chegaríamos se pudéssemos entender e controlar a matéria em seu nível mais baixo?

No fim, meu simulador não passou de uma simples tentativa. Como você já deve ter imaginado, simular um átomo em um computador era como tentar pegar borboletas de olhos vendados. Ainda assim, tudo isso me levou não só a me interessar por átomos e seus modelos imaginários, mas também a mergulhar em todo um universo de conhecimento que um dia nos fascinou e que, no fundo, poucos realmente conhecem.