Átomo

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

Muito mais tarde aprendi a programar, e quis refletir o que tinha aprendido nas aulas e nos livros. Queria criar um átomo, vê-lo mover-se, fazer com que cada uma das suas partes parecesse real; combiná-los e, talvez, construir algo maior num simulador. Mas aconteceu algo que eu não esperava: já não era um jovem curioso, mas um adulto com outra forma de pensar. Por isso comecei a investigar do zero. E o resultado foi surpreendente: depois de anos a ler livros sobre o tema, bastaram apenas algumas horas de pensamento crítico para revelar pormenores que antes não tinha visto.

Embora os relatos variem bastante, quase todos remontam à Antiguidade e são bastante parecidos com este:

«Dizem que os primeiros estudos sobre os átomos remontam à Antiguidade, quando os mais estudiosos se perguntaram em quantas partes se podia dividir tudo. Após longos estudos, concluíram que as coisas só se podiam dividir até um limite, ficando no final fragmentos tão pequenos e impercetíveis que os chamaram átomos.»

Para perceber a ideia, imagina que estás incrivelmente aborrecido e pegas em qualquer coisa divisível —um palito, uma folha, um pedaço de fruta— e partes ao meio. E outra vez. E outra vez… até já não conseguires mais. E pronto: já tens um átomo! …ou pelo menos era essa a ideia.

Se pudéssemos parar o tempo e ficar por esta história, eu poderia construir o meu simulador sem problemas: bastava fazer com que uma maçã se dividisse em dois, em três…, definir um limite e pronto. Mas isto era apenas o início da história.

O que se segue é o subproduto de um estudo profundo sobre factos históricos e descobertas que foram moldando o que hoje chamamos 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 o seu próprio sistema de representação gráfica. Essencialmente, fez uma lista dos elementos conhecidos —ouro, prata, carbono, oxigénio...— e desenhou um círculo junto a cada um, com um desenho diferente no interior, para os distinguir entre si.

Dalton concebia os átomos como pequenas esferas sólidas e indivisíveis, a que chamava habitualmente "partículas últimas", algo como o limite da matéria, onde já não era possível dividir mais. O seu trabalho conseguiu unir, de forma definitiva, o conceito abstrato do átomo com a experimentação química, motivo pelo qual é historicamente reconhecido como o pai da teoria atómica.

Quase um século depois, outro cientista britânico chamado Joseph John Thomson, ao tentar explicar a natureza dos raios catódicos, defendeu que estes eram compostos por pequenos corpúsculos portadores de eletricidade. Para explicar de onde vinham essas partículas, argumentou que viviam dentro dos átomos, algo semelhante às passas num pudim, e chegou mesmo a construir uma teoria atómica baseada nesse pudim de passas.

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

Anos mais tarde, um cientista neozelandês chamado Ernest Rutherford ligou também as suas investigações sobre a radioatividade aos átomos, e defendeu que estes não eram estáticos como o pudim de Thomson, mas sim algo muito parecido com um sistema solar em miniatura. Acrescentou ainda uma peça nova —um núcleo minúsculo onde se concentrava quase toda a massa— e construiu sobre ela uma nova teoria atómica.

O novo modelo atómico-planetário era algo como um núcleo muito pequeno e de carga positiva, à volta do qual orbitavam partículas de carga negativa (os eletrões), formando uma espécie de sistema orbital. A terceira peça, o neutrão, ainda não figurava: só apareceria em 1932. Pelas suas investigações sobre substâncias radioativas, Rutherford ganhou um Nobel em 1908.

Quase ao mesmo tempo que o sucesso de Rutherford, um jovem dinamarquês chamado Niels Bohr, ao tentar corrigir erros no modelo atómico-planetário, acrescentou-lhe níveis orbitais, níveis energéticos, saltos entre órbitas, e até a emissão e absorção de luz, que assumiu como ondas eletromagnéticas. Com o seu trabalho, Bohr transformou o que antes era um mapa teórico para explicar certos fenómenos em algo que exigia encher quadros para ser compreendido. Como fruto do seu contributo para a estrutura dos átomos, Niels Bohr ganhou um Nobel em 1922.

O que se seguiu a Bohr foi uma lista quase interminável de mentes brilhantes. Todas elas acrescentaram teorias cada vez mais delirantes sobre os átomos —nunca antes vistas—, fazendo crescer o seu aparato matemático a níveis astronómicos. Para ser sincero, depois de horas de leitura sobre o tema, olhar para cada modelo atómico era como olhar para o trenó do Pai Natal: algo descaradamente divulgado que ninguém jamais conseguiu ver.

Dado que os modelos atómicos são um mapa imaginário, surge uma pergunta mais honesta: alguma vez se viu algo parecido com um átomo? A resposta curta é incómoda: depende do que entendermos por ver.

Para explicar melhor, imaginemos que olhamos para uma maçã: a luz ressalta na sua superfície, chega até nós e forma a sua imagem nos nossos olhos. Mas abaixo de cerca de 200 nanómetros esse truque deixa de funcionar: a luz comum já não devolve um retrato do que existe; parece passar à sua volta sem o desenhar e segue o seu caminho, como se aquilo fosse translúcido. Só uma luz muito especial —extremamente intensa, como a que se produz nos grandes aceleradores de partículas— conseguiu aproximar-se dessa escala, e mesmo assim o que 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, ordená-las uma a uma, medir o campo elétrico a escalas incrivelmente pequenas. Mas cada uma dessas proezas é uma medição disfarçada de imagem, não um olhar direto. O que hoje chamamos "uma foto de átomos" continua a ser um mapa —muito melhor do que os de Thomson ou Bohr, mas um mapa, ainda assim—. E é preciso dizê-lo com calma, sem dramatismo: medimos o seu rasto com uma 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 descabelada, mas crucial: o que aconteceria se, perante a sua implausibilidade, decidíssemos eliminar o átomo de uma vez, apagar cada um dos seus modelos das salas de aula e de todos e cada um dos ramos do saber?

A primeira coisa que aconteceria seria um caos total nas salas de aula e na educação. Os manuais teriam de ser reescritos, apagando mais de 200 anos de história. Milhões de páginas ficariam cheias de "buracos" concetuais, palavras riscadas ou termos proibidos que tornariam os textos completamente 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 um momento para o outro.

A ciência, por seu lado, não pararia: procuraria outros caminhos —matemáticos, filosóficos— para explicar o que o átomo antes explicava. Porque o mundo continuaria feito da mesma coisa. Só teríamos apagado o mapa, não o território.

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

A transmutação dos elementos químicos poderia tornar-se viável. Os reatores nucleares já transformam elementos como o urânio em plutónio e césio. Bombardear elementos mais leves com partículas também os pode transformar em elementos mais pesados. No entanto, cada uma dessas transformações é extremamente dispendiosa e impraticável, e devolve ainda por cima quantidades ínfimas. Tudo isto poderia mudar se compreendêssemos melhor o processo e o pudéssemos controlar a um nível mais baixo.

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

O segundo prémio já está ligado, e não num laboratório, mas em tua casa: uma boa parte da eletricidade do mundo provém de um esforço enorme que nos permite a todos desfrutar dela. Compreender melhor a matéria poderia abrir formas de gerar energia que ainda desconhecemos, muito melhores e mais eficientes do que as atuais. Isto sem deixar de lado a possibilidade da sua utilização para fins não pacíficos, o que trouxe resultados trágicos ao longo da história.

Mas nem tudo traria tragédia. Por trás destas investigações está a esperança de melhorar 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 insuspeitados. E, sem dúvida a mais ambiciosa e imaginária de todas, assoma um velho objetivo: compreender o que é o tempo e, talvez, controlá-lo.

Tudo isto explica por que razão tantos nunca largam o lápis e continuam a investigar. Se um mapa tão desfocado e imaginário como o átomo já nos trouxe até aqui, até onde chegaríamos se pudéssemos compreender e controlar a matéria no seu nível mais baixo?

No final, o meu simulador ficou apenas numa tentativa. Como já terás imaginado, simular um átomo num computador era como tentar apanhar borboletas de olhos vendados. Ainda assim, tudo isto levou-me não só a interessar-me pelos átomos e pelos seus modelos imaginários, mas também a abraçar todo um universo de conhecimento que outrora nos fascinou e que, no fundo, poucos de nós conhecem verdadeiramente.