Estamos já na metade da terceira década do século XXI e continuamos com dúvidas a respeito de mecanismos físicos relacionados à energia no universo, especialmente no que se refere às formas pelas quais ela se apresenta e propaga na natureza. Apesar de alguns avanços neste sentido nas últimas décadas, nossos conceitos são praticamente os mesmos de mais de um século atrás, que dizem que a energia se apresenta na natureza como onda eletromagnética. E, para definir a energia associada a esta onda estabelecemos alguns parâmetros como frequência e comprimento.
Devido à impossibilidade de se explicar alguns fenômenos na natureza utilizando-se deste princípio, de que a energia se apresenta na forma de onda, passamos a admitir também que a energia pode se apresentar na forma corpuscular, e estamos, no momento, admitindo que a energia no universo se apresente ora como onda, ora como partícula, dependendo das circunstâncias ou de como seja analisado o fenômeno. Isaac Newton foi o primeiro a propor, ainda no século XVII, a natureza corpuscular da luz, e no início do século XIX, as teorias ondulatórias ganharam força com os experimentos de Thomas Young e Augustin Fresnel sobre difração e interferência, que levaram à defesa da teoria ondulatória da luz, que passou a ser aceita por boa parte da comunidade científica da época.
Em 1900, devido às dificuldades de explicar os resultados obtidos com as radiações emitidas por corpos negros aquecidos, Max Planck propôs que a energia se apresenta na forma quantizada e que a energia só pode ser absorvida ou emitida pela matéria na forma de pacotes discretos e que estes pacotes dependem da freqüência da radiação e de uma constante de proporcionalidade h, que hoje chamamos de constante de Planck. Desta forma, a energia de um pacote, conforme proposto por Planck, pode ser determinada multiplicando-se esta constante pela freqüência (f) da radiação, ou seja, E = hf. Assim nasceu a física quântica e como conseqüência todas as ciências quânticas relacionadas à química e à física. No entanto, o próprio Planck teve dúvidas sobre sua proposta de quantização da energia e não chegou a explicar o significado da constante h (constante de Planck). Uma busca na literatura mostra que o entendimento atual é de que h é uma constante fundamental.
Alguns anos depois que Planck propôs a quantização da energia, Einstein, para explicar o efeito fotoelétrico, propôs o conceito de quantum, que seria a energia se propagando em pacotes, de acordo com o proposto por Planck. Mais tarde o termo fóton foi utilizado para dar nome a estes pacotes. Penso que Deus não constrói barracos e provavelmente não entenderia que a melhor forma de utilizar a energia para construir um universo extremamente complexo como o que conhecemos seria na forma de ondas, ou mesmo através dos pacotes, como descrito por Einstein e Planck. Acredito sim que a energia se propaga em forma de pacotes, mas ligeiramente diferentes. A proposta de Planck e de Einstein, de que a energia só pode ser absorvida em pacotes “hf”, sendo a freqüência expressa em segundos, vai, em minha modesta opinião, contra estratégias divinas. Um pacote hf é muito grande, é muita energia em termos subatômicos, pois considera a quantidade de energia da “onda” no período de um segundo. A freqüência é estabelecida em Hertz, ou seja, o conteúdo de energia do pacote carregado pela “onda” em um segundo. Um segundo na realidade do que acontece em termos físicos no mundo subatômico é muito tempo. Quanto menor o comprimento da onda, maior o conteúdo de energia que a “onda” carrega em um único segundo. Ou seja, para comprimentos de onda infinitamente pequenos, infinitamente grande será o conteúdo de energia da onda, em um único segundo, quando comparado ao necessário para uma transição eletrônica, ou para quebrar uma ligação química, por exemplo. Por qual motivo o segundo seria a medida de tempo para se estabelecer o tamanho de um pacote de energia? Qual o significado deste conteúdo de energia em termos quânticos? Seria, todo o conteúdo de energia de um segundo da ”onda”, necessário para promover a transição eletrônica? Qual o tempo necessário para que ocorra a absorção de energia pelo elétron e sua conseqüente transição? Porque devemos medir em segundos a energia que os elétrons absorvem ou emitem?
A transferência de energia de uma radiação para a matéria se faz necessariamente através de elétrons, e a velocidade da luz, que é a velocidade pela qual os “pacotes” de energia viajam e a velocidade dos elétrons, da ordem de milhões de metros por segundo, não nos permite trabalhar com o tempo em termos de segundos para estabelecer a unidade de quantidade de energia de uma radiação transferida ou absorvida pelos elétrons. A fórmula estabelecida por Planck, E = hf, nos permite estabelecer o conteúdo de energia de uma radiação no período de um segundo e, portanto, pode ser útil para servir de régua para a caracterização das diferentes energias que as radiações apresentam, mas tem pouco a ver com as quantidades de energia envolvidas nos processos fisicoquímicos aos quais estamos submetidos. Por esta fórmula, feixes de raios X, por exemplo, apresentam energias da ordem de Kev, Mev, milhares ou milhões de vezes maiores que aquelas envolvidas nas reações químicas e biológicas.
Outra questão pouco esclarecida na literatura, em minha opinião, é o significado físico de uma onda. Do que ela é composta? A literatura descreve uma radiação eletromagnética como sendo composta por duas ondas que oscilam perpendicularmente, uma onda é formada por um campo elétrico e outra por um campo magnético. Seria possível desmembrar uma onda, ou um campo em corpúsculos, partículas ou fragmentos? Ou uma onda seria algo contínuo a partir de seu emissor até o agente absorvedor? Nesse caso como explicar a redução da freqüência de um fóton ao ter sua energia parcialmente absorvida pela matéria? Entendo que a absorção de determinados pacotes pelo meio justificariam o aumento do comprimento de onda e quanto maior o espaço percorrido pela “onda” maior seria a chance de “captura” de pacotes pelo meio aumentando assim a distância entre os pacotes, seu comprimento de onda. Mas para que esta premissa seja verdadeira teremos que aceitar que uma “onda” na verdade seria um feixe de energia, descontínuo, formado de pacotes, que podem ser retirados de sua seqüência e assim a “onda” transferiria a energia através destes pacotes para o meio, e, considerando que o comprimento de onda de uma radiação seria a distância entre os pacotes, teríamos aumento do comprimento de onda. Mas não estou falando de pacotes “hf”.
É de conhecimento de que somente determinadas radiações, com freqüências específicas podem produzir uma absorção efetiva, caso a caso, mas com certeza não seria necessária toda energia hf para isso. Considero absorção efetiva a transferência de energia da radiação para o elétron em quantidade suficiente para promover uma transição eletrônica, ou suficiente para arrancar o elétron de sua posição em termos de energia potencial. Radiações com freqüências específicas são capazes de transferir, no tempo hábil, a quantidade de energia necessária para a absorção efetiva. Tempo hábil é o tempo para que esta transferência ocorra e que possibilita a absorção efetiva. É um tempo muitíssimo pequeno, algo instantâneo, portanto a radiação tem que apresentar uma freqüência apropriada, caso contrário a transferência não será efetiva. O tempo hábil significa o tempo que o elétron fica exposto ao feixe de uma radiação, um momento íntimo entre luz e matéria, que é extremamente pequeno e somente neste espaço de tempo ele, o elétron, poderá absorver energia do feixe.
Ainda hoje a comunidade científica se baseia nos experimentos de Thomas Young para afirmar que a energia se propaga em forma de “onda”. O experimento de dupla fenda contribuiu enormemente para isso. A formação de uma imagem composta por franjas, linhas escuras e claras, levou a comunidade científica a crer que a luz se propaga em forma de onda. As linhas escuras seriam formadas devido às “ondas” que atingem o anteparo e as linhas claras seria ausência de luz devido a obstrução destrutiva da “onda”, um comportamento típico de ondas.
Uma questão que se coloca sobre esta proposta é, como explicar esta obstrução destrutiva? Como que energia se destrói, desaparece? Por outro lado, experimentos recentes realizados com dupla fenda, substituindo-se a luz por um feixe de elétrons ou de átomos apresentaram resultados idênticos ao da luz, ou seja, a matéria apresenta comportamento proposto para “onda”. E a idéia de que a luz é de natureza corpuscular pode ser melhor discutida aproveitando-se a equação de Planck. Por esta fórmula multiplica-se a freqüência de “onda” por uma constante que, expressa em J.s, vale 6,63 x 10⁻³⁴.
Portanto o real significado desta constante seria uma porção de energia que se repete determinado número de vezes em um segundo, formando assim o quantum ou fóton. Considero que a porção de energia representada por esta constante, que é a mesma para todas as radiações da natureza, seja a menor porção de energia no universo, o quantum de fato, um corpúsculo energético cuja massa de repouso, calculada pela equação de Einstein (E = mc²), seria da ordem de 7,37 x 10⁻⁵¹ kg, o tijolinho básico, fundamental do universo. Esse tijolinho universal pode se associar em diferentes quantidades e formar partículas subatômicas, desde aquelas com massas mensuráveis como elétrons e outras partículas já descritas, ou partículas com massas não mensuráveis, menores e com valores múltiplos de 7,37 x 10⁻⁵¹ e dar origem a tudo que encontramos no universo.
Podemos chamá-lo de planckum, o tijolinho universal, de massa infinitesimal, que apresenta certa capacidade coesiva e, ao se associar em diferentes quantidades pode gerar partículas com características específicas em tamanho e propriedades físico-químicas, como os elétrons e anti-elétrons. Quando não em repouso viajam à velocidade da luz e quando emitidos por uma mesma fonte, viajam em fila indiana, como se formassem um trem de pacotinhos de energia, com espaçamento constante entre os pacotinhos, que entendemos seja o comprimento de onda da radiação, pois são emitidos pela fonte a uma freqüência constante. Uma mesma fonte é capaz de emitir este trem de pacotinhos em todas as direções e sentidos.
Os plancka são capazes de, ao colidirem com a matéria (elétron), se tornarem coesos à ela aumentando assim o conteúdo de energia da matéria a qual colidiram. A quantidade de energia absorvida pela matéria vai depender do número de plancka que colidem e que não tem necessariamente a ver com aquele de um segundo. A velocidade do elétron é altíssima, como já comentamos, e certamente o tempo que fica exposto ao feixe de uma determinada radiação e a freqüência da radiação serão determinantes da quantidade de energia absorvida desta radiação pelo elétron, e que pode ser determinada pela fórmula E = nh, sendo n o número de plancka absorvidos pelo elétron e h a constante de Planck, que expressa em J (e não J.s) vale 6,63 x 10⁻³⁴, a quantidade de energia de cada planckum. Deste modo, para cada processo fisicoquímico na natureza teremos um pacote específico, que se ajusta em termos energéticos a esse processo.
Considerando que a velocidade do elétron e a energia do pacotinho são constantes, a distância entre os plancka (comprimento de onda da radiação), define a quantidade de energia que será absorvido e se este poderá ou não ser suficiente para ocorrer uma absorção efetiva, o que poderá produzir, no elétron, aumento de sua energia potencial, suficiente para salto ou transição definitiva, retirando este elétron de sua órbita ou trajetória. E esta quantidade de energia necessária para a absorção efetiva é específica do momentum do elétron e de sua posição em termos de energia potencial.
Um elétron é capaz de emitir plancka constantemente e, ao mesmo tempo deve estar submetido a choques com plancka provenientes de todas as direções e sentidos, pois estes pacotinhos abundam na natureza, provenientes de variadas fontes, e, se, em tempo hábil receber uma quantidade suficiente de energia proveniente dos pacotinhos poderá ocorrer a absorção efetiva.
Toda matéria é capaz de emitir tais pacotinhos e ao mesmo tempo de absorvê-los em equilíbrio dinâmico. A principal contribuição, em termos energéticos, para a absorção efetiva aparece quando o elétron é exposto a uma radiação específica, que apresenta freqüência de pacotinhos capaz de transferir energia de imediato para que a absorção efetiva ocorra.
Toda matéria na natureza está exposta aos plancka que viajam no ambiente onde ela se encontra. Estes pacotinhos quando se chocam com a retina de nossos olhos se apresentam como luz e quanto mais escuro um ambiente menor o número de pacotinhos viajando neste ambiente e capazes de produzir o estímulo visão. As sensações de cores ou calor resultam de números diferentes de pacotinhos que são transferidos para os elétrons receptores em nosso corpo. O ambiente pode apresentar plancka oriundos de diferentes pontos, que na somatória são capazes de produzir sensação de calor, e nos dá informação a respeito da entalpia do ambiente.
Existe, no entanto, um equilíbrio entre a quantidade de pacotinhos que o elétron emite e absorve, dependendo da entalpia do ambiente. Portanto, como toda matéria, os elétrons são formados pela associação de plancka. Quantos plancka formam um elétron? Podemos calcular o número de pacotinhos formadores de um elétron por dois caminhos:
1) considerando a energia de repouso do elétron, 0,511 MeV, que corresponde, em joules a 8,18622 x 10⁻¹⁴, ou
2) através da massa do elétron, 9,11 x 10⁻³¹ kg. Considerando que um pacotinho apresenta energia igual a constante de Planck, ou seja 6,6261 x 10⁻³⁴ J, na energia de repouso de um elétron cabem 1,235 x 10²⁰ pacotinhos de energia. Seria o elétron formado pela associação desse número de plancka? Pela proposta 2, utilizando a massa do elétron, temos que considerar também a massa de repouso do pacotinho de energia, já discutido anteriormente, e que vale 7,37 x 10⁻⁵¹ kg.
Portanto, na massa do elétron cabem exatamente 1,235 x 10²⁰ pacotinhos de energia. Se considerarmos que em um processo de aniquilação toda massa do elétron se transforma em energia radiante, ou seja, pacotinhos de energia, esse será o número de pacotinhos que compõe o elétron.
Se admitirmos que os pacotinhos de energia que viajam em um ambiente respondem pela entalpia desse ambiente, o zero absoluto de temperatura significa que não existem pacotinhos viajando naquele ambiente, ou que temos uma quantidade não detectável, pois a quase totalidade está acomodada em elétrons e os elétrons acomodados no núcleo do átomo conferindo neutralidade à matéria.
Seria essa condição mais favorável para fusões nucleares?
References
1. An Experiment on Electron Interference American Journal of Physics 41, 639 (1973); https://doi.org/10.1119/1.1987321.
2. On the statistical aspect of electron interference phenomena American Journal of Physics 44, 306 (1976); https://doi.org/10.1119/1.10184.
3. Demonstration of single-electron buildup of an interference pattern American Journal of Physics 57, 117 (1989); https://doi.org/10.1119/1.16104.
4. Quantum interference experiments with large molecules American Journal of Physics 71, 319 (2003); https://doi.org/10.1119/1.1531580.
5. Young’s double-slit interference experiment with electrons American Journal of Physics 75, 1053 (2007); https://doi.org/10.1119/1.2757621.
6. Two and three slit electron interference and diffraction experiments American Journal of Physics 79, 615 (2011); https://doi.org/10.1119/1.3560429.