MATÉRIA E ANTEMATÉRIA – UMA CONCEPÇÃO DO UNIVERSO

 
                             
 
 

Rogério Fonteles Castro

Graduado em Física pela Universidade Federal do Ceará

O texto abaixo, de nossa autoria, foi publicado originalmente no jornal QUANTUM, do Centro Acadêmico do Departamento de Física, UFC, em novembro de 1998. Sofreu algumas modificações ao longo do tempo, motivadas pela ampliação de nosso entedimento dos conceitos  da Física Moderna. Tratamos aqui, de forma simples e qualitativa, do fenômeno da grande explosão, Big Bang, e suas conseqüências na formação do nosso universo e de possíveis universos paralelos. Mas, antes, realizaremos um passeio através do conhecimento da física moderna e suas implicações.  
 
A fisica moderna transformou-se em matemática. Mas as pessoas preferem impressões vizuais a palavras abstratas e fórmulas. Internet, televisão, filmes, revistas ilustradas, jornais, tudo contribui para reforçar essa preferência.
 
Aqui, então, tomamos a tarefa de apresentar as idéias da física moderna, envolvidas no fenômeno da criação do universo, em termos de representações da "física do cotidiano": figuras claras e lúcidas
 
A principal dificuldade, neste caso, é que a física moderna nem sempre admite figuras bem definidas; até pelo contrário, freqüentemente usa uma variedades de figuras diferentes para a representação e interpretação de um mesmo processo. Assim, nesse sentido, o trabalho maior aqui foi a convivência com essa anomalia. Amadurecido o nosso pensamento matemático, fica explicado por que os conceitos abstratos e idéias nem sempre podem ser representados por meio de quadros convencionais. Veja, abaixo, sobre a matematização da Natureza:
 
 
 
 
 
A pesquisa objetiva sobre a natureza do universo é possível, mas o resultado é uma espécie de mundo sombrio destituído de qualquer côr intrínseca. Como, entretanto, cada observação se baseia em percepções sensoriais, a execução desse programa poderia criar um vazio intolerável entre os observadores experimentais e os teóricos. Dessa forma, sempre esforça-se ao máximo para não se perder a conexão com os dados observacionais. Foi compravado que isso é possível até certo ponto e, dadas as condições reais, poder-se-ia mesmo chegar mais adiante. Os campos eletromagnéticos, a despeito da sua natureza abstrata, podem ser exibidos de uma forma pictórica bem convincente por meio de linhas de campo, etc. Também no domínio dos átomos não necessitamos de introduzir sempre figuras novas e não-familiares, mas podemos servir-nos das usuais; é verdade que necessitamos de duas diferentes, uma ondulatória e outra com caráter de partícula. A única coisa necessária é restringir sua aplicabilidade e tomar cuidado para que de seu uso não resultem contradições lógicas. Isso é possível e justamente constitui um dos belos episódios da Física Moderna, pelo qual devemos muito a Niels Bohr. Enfim, todas as percepções sensoriais são imagens, e o que realmente está por trás do fenômeno (que Kant chama "a coisa em si") permanece obscuro. 
 
A cosmologia, de forma semelhante, depara-se com a mesma problemática conceitual da física moderna, entretanto, com um agravante, suas teorias são mais especulações que comprovações dadas através do método científico; claro que tal ciência está fundamentada em modelos matemáticos baseados em observações astronômicas – daí sua maior credibilidade -, mas ainda há muitas perguntas não respondidas… Sobre a universalidade do pensamento humano, Marcelo Gleiser afirma: "O problema é que tanto nossa percepção sensorial como os processos de pensamento que usamos para organizar o mundo à nossa volta são restringidos por uma visão polarizada da realidade, que se baseia em opostos como dia-noite, frio-quente, macho-fêmea etc. Devido a essas limitações, podemos oferecer apenas um pequeno número de argumentos lógicos que visam dar sentido àquilo que transcende essa polarização, o Absoluto de onde tudo se origina, seja ele Deus, um mítico ‘ovo cósmico‘ ou as leis da física".
 
Iniciemos, agora, a construção da nossa proposta de uma concepção do UniversoVamos lá!!!         
 
 
Sabemos que a MATÉRIA, do ponto de vista científico, é a substância dos corpos físicos, caracterizada principalmente por sua massa e carga elétrica. Às menores entidades isoláveis, constituintes de toda a matéria do universo conhecido, dá-se o nome de partículas elementares. Há diversos tipos de partículas elementares, classificadas de acordo com a massa e outras propriedades físicas, como o momento angular(grandeza associada ao movimento de rotação). A cada tipo de partícula corresponde outra – genericamente denominado antipartícula – que tem a mesma massa e cuja carga elétrica e momento angular têm os mesmos valores numéricos da partícula correspondente, porém com sinal oposto. Assim, as designações matéria e antematéria são um modo de descrever as partículas subatômicas presentes no universo, e expressam a propriedade física conhecida como SIMETRIA.

Mas, uma partícula não pode se associar à antipartícula correspondente, pois suas propriedades simétricas se anulam e ambas, mutuamente aniquiladas, têm a massa convertida em energia. Como a antimatéria é tão estável quanto a matéria – quando ambas não estão em contato, o acúmulo e combinação de antipartículas, em teoria, pode formar antiátomos que prodziriam, em conjunto, corpos de antimatéria. Após a comprovação experimental da existência de antipartíuculas, cofirmou-se a possibilidade de gerá-las, em laboratório, junto com suas partículas associadas, por processos inversos ao da aniquilação radioativa e que envolvem altíssimas energias. A produção de antiátomos em laboratórios impõe aos cientistas uma dificuldade básica: as antipartículas obtidas encontram muito rapidamente, no espaço a sua volta, as partículas que lhe corresponde, e por isso se desintegram quase imediatamente.    

       

 
Hoje, embasado em teorias mais completas(http://www.searadaciencia.ufc.br/especiais/fisica/antimateria/antimateria1.htm), obtidas de observações mais detalhadas do cosmo, os cientistas presumem que no momento da grande explosão – já no final do "último instante", após o fenômeno de aniquilação da matéria – haja restado, no cômputo geral dos colápsos, um resíduo de partículas materiais as quais constituiriam o universo atual.
 
Mas como podemos aceitar tal resultado, se as quantidades de partículas e antipartículas origiariamente eram equivalentes?!
 
Refletindo sobre o famoso segundo-final e admitindo-se o fenômeno da grande explosão como que ocorrendo num local específico, ponto definido dentro de um vácuo quântico (http://petroleo1961.spaces.live.com/blog/cns!7C400FA4789CE339!880.entry), é possível lançarmos uma luz sobre aqueles últimos acontecimentos do Big Bang, se, também por hipótese, existir um limite entre o dito vácuo e o Universo (o ponto especificado dentro do vácuo). Para procedermos a construção de nosso modelo, necessitamos definir a natureza física da substância constituinte daquela linha divisória e sua relação com as partículas aceleradas dentro do ponto de singularidade. 
Neste parágrafo, fazendo uma pequena digressão, relembro, com muita saudade, o tempo em que eu e minha família morávamos na "beira do mar" em Fortaleza, entre os anos de 1967 e 1976, na avenida Presidente Kennedy, mais conhecida como Beira Mar, quase em frente a praia do mucuripe: durante a noite, como meu quarto ficava de frente para o oceano, se ouvia as quebrações marinhas bem forte; nas marés de janeiro, quando o mar ficava mais bravo, as ondas chegavam a banhar o asfato… tempos de sonhos e fantasias de minha criancice mas que, repentinamente, foram interrompidos pela morte de minha mãe; daí em diante, então, passei a questionar tudo e todos… porém, paradoxalmente, a partir de então, apesar dos descaminhos, comecei a deslumbrar-me com a Vida, com a Natureza… e com o Mar este, sim, meu companheiro eterno, me ensinou muito! O cantor e compositor Fagner soube muito bem "cantar" esse lugar maravilhoso, de sonhos e recordações minhas, que me fazem encher os olhos d’água:
 
                          
                                                                                         
Mas voltemos ao nosso texto Observando as ondas entre os barrancos de areia a beira mar, verificamos a formação de contra-ondas (ondas refletidas) que se originam pelo impacto das ondas do mar nas barreiras prainas: no momento em que se chocam, onda e contra-onda, verificamos que pode dá-se um estilhaçar de massa d’água para todos os lados, como que formando o espinhaço de um camaleão; mas, isso, só se ambas as ondas já se encontrarem quebrando antes da colisão: sabemos que as ondas não transportam matéria, mas energia e quantidade de movimento; entretanto, a chuveirada d’água, acontece devido ao choque de massas líquidas deslocando-se em sentidos opostos, decorrentes, sim, de ondas degeneradas… Mas qual a relação de tudo isso com aquele limite primordial?!
 
                              
 
Sabemos que, em um ponto de singularidade, a previsibilidade dos fenômenos através da aplicação das leis físicas, é impraticável; entretanto, imaginando a existência da nossa substância primordial, limite entre o vácuo quântico e o universo, como um sistema deformável, cuja estrutura se definisse mediante sua interação com as partículas aceleradas, poderíamos supor que as colisões – diferenciadas segundo a energia específica de cada partícula – se processariam de duas maneiras gerais: uma partícula, cuja velocidade fosse superior à velocidade da luz (o físico João Magueijo –  doutor em Física Teórica pela Universidade de Cambridge e professor do Imperial College, em Londres -, propôs uma teoria na qual a luz se propagaria mais depressa do que faz hoje: isto se daria no universo primordial, ou seja, logo após o Big Bang), seria refletida e lançada numa velocidade contrária, quando da sua colisão com a tal substância; porém, partículas com velocidade proporcionalmente menor, conseguiriam atravessá-la livremente. Os dois tipos de eventos se explicariam pela variação de densidade do sitema deformável, função da velocidade de cada partícula: sobre as partícuas com maior rapidez, a densidade forte resultante, causaria enorme pressão fazendo-as retroceder; mas, nas partículas menos velozes, não teria efeito a densidade, pois, nestes casos , seria quase nulo o seu valor.
 
Poderíamos bem comparar tal limite com uma lente semi-transparente, pois as direçoes tomadas no espaço pelas partículas seriam conforme a estrutura variável da lente: para as partículas velozes a lente funcionaria como um espelho que as reflete totalmente; mas para aquelas partículas lentas, seria como um meio transparente, no qual as partículas seguem livremente. Para facilitar nosso diálogo, de agora em diante nos referiremos àquela substância, limitante do universo e do vácuo quântico, denominando-a simplesmente de lente (ver figura abaixo).
 
 
                                                                      Diagrama Seletinof 1
 
Tudo leva a crer que, o processo cósmico acima, se comportaria semelhantemente àquelas quebrações marinhas à beira mar. Quando refletida, a matéria se comportaria como antipartícula, e, assim, encontrando, dentro da singularidade, sua antipartícula correspondente (matéria antes de sua reflexão), dá-se-ia um colápso mútuo dos pares, envolvendo a matéria e a antimatéria, liberando energia à vizinhança. Por outro lado, também, a matéria que supomos anteriormente ser capaz de deslocar-se livremente através da lente, continuando seu trajeto, formaria o que conhecemos como o universo em que vivemos. Ainda, simultaneamente, estas mesmas partículas do nosso mundo poderiam estar se dirigindo para uma nova concentração infinita em um outro ponto qualquer do vácuo quântico, (pois, também, essa lente funciona igualmente uma lupa que concentra os raios luminosos incidentes), no qual se originará um novo universo, dito paralelo, numa outra grande explosão – noutro Big Bang. Mas, por simetria, também existe um anti-universo, dado que parte das antipartículas, originadas da reflexão, não se chocando com seus pares antípodas e ultrapassando a lente em sentido contrário, formariam, do "outro lado" desta lente, um mundo de antimatéria. Tudo ocorrendo, então, simetricamente. Assim, é fato, no processo de sua expansão, o nosso universo, hoje, estar desenvolvendo velocidades precisas para continuar sua "travessia" nesta dita lente, pois, do contrário, certamente nos depararíamos com o anti-universo e explodiríamos numa grande bola de fogo.
 
Ressaltamos, aqui, que estando os nossos raciocínios amparados no princípio da incerteza de Heisenberg e na famosa equação de Einstein, E = mc², as quantidades de matéria e antimatéria, originariamente equivalentes no começo do universo, podem, sim, se distribuírem segundo nossas especulações acima.  
 
Dessa forma, então, fica respodida a pergunta colocada logo no início de nosso texto.
 
Em seu livro O Universo numa Casca de Noz, Stephen Hawking nos relata: "Além da matéria o universo pode conter a denominada energia do vácuo, uma energia que está presente mesmo no espaço aparentemente vazio. Pela famosa equação de Einstein, E= mc², essa energia do vácuo possui massa. Isso significa que ela exerce um efeito gravitacional sobre a expansão do universo. Mas, notadamente , o efeito da energia do vácuo é oposto ao da matéria. A matéria faz a expansão se retardar e pode acabar parando e revertendo-a. Já a energia do vácuo faz a expansão se acelerar, como na inflação. Na verdade, a energia do vácuo atua exatamente como a constante cosmológica que Einstein acrescentou às suas equações originais, em 1917, ao perceber que elas não admitiam uma solução que representasse um universo estático. Após a descoberta de Hubble sobre a expansão do universo, essa motivação para acrescentar um termo às equações desapareceu, e Einstein rejeitou a constante cosmólógica como um erro. 
 
No entanto, pode não ter sido um erro: percebemos agora que a teoria quântica implica que o espaço-tempo está repleto de flutuações quânticas. Em uma teoria supersimétrica, as energias positiva e negativa infinitas dessas flutuações do estado fundamental se anulam entre partículas de spins diferentes. Mas não esperaríamos que as energias positivas e negativas se cancelassem tão completamente que não sobrasse uma quantidade pequena e finita de energia do vácuo, porque o universo não está em um estado supersimétrico"… Daí, tomando por base a análise deste cientista notável sobre a energia do vácuo, podemos afirmar que o universo foi criado a partir do mesmo! Ainda, constatamos que há uma grande semelhança entre as nossas especulações e as hipóteses de Hawking 
 
(…) Mas como é possível encontramo-nos com nós mesmos, "materialmente" falando, voltando de um local que ainda nem mesmo tomamos conhecimento da sua existência?!
 
Certo dia , quando esperava minha esposa do lado de fora de uma agência bancária, cuja fachada era de vidro semi-transparente, elaborei a seguinte reflexão: se considerássemos o lado de fora da agência como o lado externo ao nosso universo e, o interior da mesma, como sendo o próprio universo conhecido: para as pessoas dentro da agência o meu eu material é existente, pois, parte da energia radiante que se origina de meu corpo, imagem real ( o eu partícula), chega aos olhos das pessoas dentro da agência; mas, quando o referencial é o eu mesmo, deixo de existir, pois, se considerarmos minha imagem refletida no vidro do prédio como o anti-eu (minha antimatéria), e sabendo que este fatalmente encontrar-se-á com o eu (minha matéria), instantaneamente se dá uma desintegração, fazendo ambos, eu e anti-eu, deixarem de existir. Seria como se dentro da agência (do universo), imperasse o Ser, fora da agência (do universo), imperasse o Nada. Tudo isso relacionaria-se ao caso da hipótese do adolescente Einstein, o qual afirmava que após ultrapassarmos a velocidade da luz, nos depararíamos com o Nada?!
 
Embora as idéias desenvolvidas acima tenham me ocorrido logo quando iniciei o curso de Física (UFC) – resultado, então, mais do pruduto da minha imaginação do que de um trabalho científico -, estas revelaram estar em certa sintonia com a teoria de Paul Dirac, o qual, realizando a grande unificação da relatividade einsteniana com a teoria quântica, sugere a exitência de dois mundos, um positivo e outro negativo: segundo Dirac, as antipartículas encontradas nos laboratórios tratar-se-iam de furos no Nada!
 
                           
 
Agora, fazendo um paralelo de nossas "especulações" com outras teorias de cientistas altamente conceituados,  podemos verificar certas pontos de similaridade.
 
Assim, nossa proposta ao se adequar à teoria do Universo Eterno de Mário Novello, propicia uma interpretação interessante desta teoria: segundo sua teoria, a singularidade, Big Bang, nunca ocorreu, mas o universo, sim, teria passado, em algum instante de sua história, por um grande colápso, onde toda a matéria estava super condensada. Assim, conforme nossa teoria, então, no lugar da singularidade, teríamos uma região do vácuo quântico com grande concentração de matéria-energia e, em sua volta, o espaço-tempo totalmente distorcido, encurvado. Os efeitos do princípio da incerteza de Heisenberg continuariam atuando mas, agora, junto com a relatividade geral. É natural e óbvio, nessa altura dos acontecimentos, deduzirmos que nossa lente, na verdade, é o contínuo espaço-tempo (http://petroleo1961.spaces.live.com/blog/cns!7C400FA4789CE339!937.entry) que ora pode ser plano, ora pode ser encurvado (ver figura abaixo).
 
 
                                                                       Diagrama Seletinof 2
 
 
É notável, portanto, que, com a noção da natureza "material" e "antimaterial" do universo, tenhamos construído uma estrutura que enseja a existência de universos paralelos. Mas estabelecendo, ainda, um paralelo entre nosso modelo e a teoria que Ronald Mallett desenvolveu para a construção da possível máquina do tempo, é notável tamanha coincidência no que diz respeito ao processo que rege as interações entre nossa lente e as partículas que a atravessam: para distorcer uma diminuta região do contínuo espaço-tempo, este físico notável propôe a utilização de lazeres de alta intensidade; então, se arremessarmos partículas nesta região, se supõe que tais partículas, superando a velocidade da luz (aqui não se contradiz o postulado de Einstein, pois, o encurvamento do espaço-tempo, é o que torna possível ultrapassar a velocidade da luz), saltem para tempos no passado ou no futuro de nosso tempo presente. Por exemplo, introduzindo uma única partícula na máquina, constata-se que ela desaparece; passado algum tempo, porém, esta partícula reaparece; deduz-se, então, por hipótese, que tal partícula esteve em outro ponto de nosso contínuo espaço-tempo e, no momento da reaparição, retorna ao ponto no qual foi introduzida por nós… eis aí a viagem no tempo. O filme, A MÁQUINA DO TEMPO, é surpreendentemente atual, mesmo em se tratando de uma produção baseada no livro de H. G. Weels de 1895: o protagonista desta estória constrói uma máquina baseada na utilização de uma radiação eletromagnética muito intensa que distorce o espaço-tempo… Recomendamos, a todos, que assistam a este filme; vê-lo é muito prazeiroso, ainda melhor, agora, com o entendimento que, acreditamos, conseguimos alcançar.
 
                                 
 
Por fim, aqui diante do computador, é plausível nos imaginar como que viajando em uma lente multidimensional muito especial, mas de tal forma que nossa velocidade deve ser finita, ou seja, o valor de tal velocidade tem de se manter dentro de limites que garantam nossa travessia, nossa existência neste mundo.
 
Assim, desejando, sem maiores pretenções, que nosso trabalho possa ajudar aos nossos leitores no caminho de suas descobertas, ficamos felizes em recebê-los em nosso blogue.
 
 
POSTED BY SELETINOF AT 4:36 PM

 

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Sobre seletynof

Escola (ensino médio):Colégio Marista Cearense;Faculdade/Universidade: Universidade Federal do Ceará;Curso:Física; Diploma:Pós-Graduação em Física;Profissão:físico e professor; Setor:Científico.

Publicado em 23 de novembro de 2008, em REPUBLICAÇÃO. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

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