Sábado, 31 de março de 2018

O que sobra quando retiramos de um volume de espaço toda a matéria?


Um dos sistemas de pensamento sobre a natureza que mais influenciou nossa civilização vem dos gregos. Nele afirma-se que estamos imersos num universo preenchido pela matéria e que ela possui, pelo menos, uma propriedade: a extensão.

Deste modo, o espaço que percebo a minha volta é devido a existência, fora de mim, da sala em que escrevo este texto e, em volta dela, do apartamento em que me encontro e, em volta deste, do prédio onde moro, dos prédios vizinhos, etc.

Como é sabido, no modelo cosmológico de Aristóteles temos, em volta do centro do universo, o mundo terrestre e em seguida, dispostos como camadas de uma cebola, a atmosfera, o éther (com os planetas) e, como última camada, a esfera das estrelas fixas. Note que, neste contexto, não falamos propriamente de espaço, mas da extensão da matéria. Não há lugar para o vácuo.

Repare ainda que, neste modelo, não é cabível a pergunta: o que existe além da esfera das estrelas fixas? Existirá uma espécie de muro e, além dele o vazio? o nada? Esse tipo de "barreira", colocada a nossa volta, ofende a nossa inteligência. Ela atiça a curiosidade e isto nos impele a ir sempre além, o que é representado no frade da xilogravura mostrada abaixo que observa através da esfera das estrelas fixas o que existe além.

A impossibilidade de existência do espaço sem a matéria é expresso no dito: "A natureza abomina o vácuo". Os estudiosos acreditavam que, na natureza, existe uma tendência poderosa da matéria a ocupar todos os espaços.

Por outro lado, uma linha de pensamento alternativa nos chega também dos filósofos gregos, entre eles Demócrito, com a ideia de que a matéria existe na forma de pequenos pedaços, os os átomos. Esses pedaços de matéria, segundo essa teoria, se movem dentro do que hoje chamamos de espaço vazio. Por esta maneira de pensar o vazio não só existe como é necessário.

No entanto, o vácuo, ou espaço vazio de matéria não é encontrado na natureza e, até então, não existia meios de produzi-lo artificialmente. Esse impasse permaneceu inalterado até a época de Galileu. Para essa mudança concorreu a divulgação dos resultados das experiências dos estudiosos italianos Gasparo Berti e Evangelista Torricelli.

Berti construíu o primeiro termômetro funcional e Torricelli repetiu suas experiências com mercúrio. Ambos obtiveram, no topo do tubo de vidro que usavam, um espaço sem matéria, ou seja, o vácuo. Veja a imagem no topo da página.

Essas ideias ressurgem na idade moderna e, com isto, o conceito de espaço independente da matéria ganha importância. No entanto, a formulação mais precisa dessa ideia aparece somente na Mecânica de Newton através do conteito de espaço absoluto.

O espaço absoluto é pensado como um palco de um teatro. Ele existe mesmo quando uma peça não é encenada. Os artistas, isto é, a matéria, ocupa esse palco e se movimenta nele. Ordenando a tudo e a todos existe um relogio mestre, o tempo absoluto.

O reinado do espaço absoluto, no entanto, durou pouco. Logo, ele se viu embolado com o tempo, criando uma coisa nova chamada espaço-tempo. Ele, de repente, ficou repleto de campos de vários tipos como, por exemplo, o campo de Higgs.

A pá de cal sobre o velho e bom conceito de vazio foi jogada pela Mecânica Quântica. Por esta teoria, mesmo quando se retira toda a matéria e todos os campos existentes numa dada região do espaço sempre resta alguma coisa que não pode ser removida. Esta "alguma coisa" é energia e leva o nome de energia de ponto zero.

O conceito de espaço vazio descreve, ao longo do tempo, uma trajetória em espiral, pois parece retornar ao ponto de partida. Na nossa época ele não existe. O que ocorrerá no futuro?

Um resumo muito mais interessante do desenvolvimento histórico dos conceitos de espaço e vazio, ou o nada, você encontrará ao assistir a palestra do professor do Instituto de Física, Emerson Luna, para o projeto Simplifísica, da UFRGS.






Se o colega professor desejar mais informações sobre os campos de Higgs acesse esta postagem. Existe também o vídeo de uma palestra do professor Ermeson Luna sobre o assunto. Para acessa-la, por favor, clique aqui.

Por outro lado, se o interesse por mais informações for pelas experiências de Berti e de Torricelli com os termômetros de tubo acesse o vídeo desta aula.






O projeto SIMPLIFÍSICA é um esforço de divulgação científica do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A coleção dos vídeos das palestras já apresentadas se encontra aqui.


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