Revelando o mundo invisível do "muito pequeno"

"O essencial é invisível aos olhos", disse a raposa ao Pequeno Príncipe, na belíssima fábula de Antoine de Saint-Exupéry. Mesmo que a raposa estivesse se referindo aos nossos sentimentos, essa frase descreve, liricamente, o quanto do mundo à nossa volta permanece invisível aos nossos olhos, inacessível aos nossos sentidos.

A história da ciência pode ser lida como uma aventura de exploração desses mundos invisíveis, revelados por meio do desenvolvimento de técnicas e tecnologias de observação. Mesmo que o uso de lentes para ampliar imagens já fosse explorado desde tempos antigos, o microscópio em sua forma moderna foi inventado provavelmente entre 1590 e 1610 pelos holandeses Hans e Zacharias Jannsen, pai e filho. Em torno de 1600, eles construíram um instrumento com duas lentes arranjadas em um tubo móvel. O grande astrônomo Johannes Kepler descreve, em 1611, um sistema semelhante ao dos Jannsen, mas com uma lente convexa na extremidade ocular do instrumento.

A invenção do microscópio revelou novos e estranhos mundos, invisíveis aos nossos olhos. No final do século 17, cientistas já haviam descoberto células, capilares, corpúsculos sanguíneos, protozoários e bactérias. O biólogo holandês Anton van Leeuwenhoek, considerado o fundador da microbiologia, baseou suas incríveis descobertas em lentes de altíssima qualidade que ele mesmo produziu, obtendo ampliações de 275 vezes. Hoje, é possível obtermos ampliações de até mil vezes com microscópios ópticos, baseados na luz visível.

O limite vem do fato de que a imagem vista no microscópio óptico é obtida pela reflexão de uma onda de luz sobre o objeto de estudo. Para que detalhes do objeto sejam revelados, ele não pode ser menor do que o comprimento de onda da luz visível (a distância entre duas cristas consecutivas). Imagine um rochedo na beira do mar. Quando o mar está calmo, vemos 1 m do rochedo despontando sobre a superfície. Ondas com alturas menores do que um metro são refletidas pelo rochedo e passam ao seu redor. Ondas bem maiores do que 1 m "ignoram" o rochedo. Algo semelhante ocorre quando ondas de luz chocam-se com um objeto. Caso o objeto seja menor do que o comprimento de onda da luz, ele será "ignorado" pela onda.

Ondas de luz visível têm comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros (1 nanômetro -nm- é um bilionésimo de 1 metro; multiplicado 101 mil vezes, um objeto com 500 nm de tamanho aparecerá como um objeto de 0,5 milímetro). Com técnicas sofisticadas de visualização, é possível ver objetos com 200 nm. A visualização de objetos ainda menores tem de ser feita por intermédio de outros tipos de microscópio.

Em 1924, o físico francês Louis de Broglie sugeriu que, tal como a luz, o elétron e outras partículas subatômicas também podem ser interpretados como ondas. Essa estranha propriedade do elétron, conhecida como a dualidade partícula-onda, possibilitou o desenvolvimento de microscópios eletrônicos.

Do mesmo modo que microscópios ópticos usam ondas de luz focadas por meio de lentes, o microscópio eletrônico usa ondas eletrônicas focadas por meio de campos eletromagnéticos. Devido ao curtíssimo comprimento de onda do elétron em movimento, microscópios eletrônicos podem chegar a ampliações mil vezes maiores do que microscópios ópticos, revelando estruturas com dimensões de 0,2 nm. Microscópios eletrônicos de alta voltagem podem revelar estruturas em nível atômico.

Em 1986, Gerd K. Binnig e Heinrich Rohrer dividiram o Prêmio Nobel de Física pela invenção do microscópio de escaneamento por tunelamento. Esse instrumento pode revelar imagens tridimensionais da superfície de materiais em nível atômico, possibilitando a visualização e a manipulação individual de átomos! Nada mau para uma história de apenas 400 anos.