quinta-feira, 22 de junho de 2006

Matéria e energia



Existe algo muito belo nessa nova física, na qual matéria e energia são a mesma coisa


Talvez a equação mais famosa da física seja E=mc2, obtida por Einstein em 1905 em sua teoria especial da relatividade. Todo mundo gosta de repeti-la, afirmando com convicção que "matéria e energia são a mesma coisa". A verdade, como sempre, não é assim tão simples. O que não significa que não seja fascinante.

Vale começar com a física pré-einsteiniana, quando matéria e energia tinham uma relação bem diferente. Durante os séculos 18 e 19, os físicos reformularam as leis da mecânica em termos de relações entre tipos diferentes de energia que corpos materiais podiam ter. Energia não era só uma "coisa", mas uma coisa que corpos podem ou não ter.

Por exemplo, um carro viajando a uma certa velocidade tem energia cinética, isto é, energia de movimento. Quanto mais rápido o carro anda, mais energia cinética tem. Se o carro está parado, sua energia cinética é zero. (Para os leitores com espírito matemático, a energia cinética de um corpo varia com o quadrado de sua velocidade.) Isso vale para qualquer corpo em movimento, não só carros.

Outro tipo de energia é a energia potencial. Ela está armazenada de alguma forma e pode ser transformada em movimento. Por exemplo, uma pedra, quando largada de uma certa altura, vai ao chão. Existe aqui a tendência de movimento em potencial; daí o nome energia potencial. Claro, se a pedra está já no chão, sua energia potencial é igual a zero.

Note que, ao cair, a pedra adquire energia cinética. Portanto durante a queda existe uma conversão de energia potencial em energia cinética: à medida que a pedra cai, sua energia potencial decresce e sua energia cinética cresce. Quando ela chega ao chão e pára, ambas energias vão a zero.

Existem outros tipos de energia potencial. A que mencionei acima é a do tipo gravitacional. Encontramos outro tipo nas molas. Uma mola, quando comprimida, armazena energia potencial: se a soltarmos, ela se relaxará. Novamente, há uma conversão de energia potencial em energia cinética. Qualquer máquina que envolva movimento converte algum tipo de energia potencial em energia cinética.

Essa é a física familiar do nosso dia-a-dia. A partir de 1905, tudo mudou. Einstein mostrou que energia não é apenas uma coisa que corpos podem ou não ter. Segundo a relatividade especial, matéria e energia são interconversíveis: é possível transformar matéria (ou massa) em energia e vice-versa. Em vez de ser algo que corpos materiais têm, energia passou a ser algo que eles são. Massa é energia e energia pode ser massa. A sutileza está em como ocorre a interconversão.

Segundo a fórmula, a massa m de um corpo em repouso multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz (c = 300.000 km/s) é a energia contida nessa massa. Seria genial se pudéssemos inventar uma máquina que transforma massa em energia; resolveria todos os problemas de combustível. O que complica as coisas é a enormidade da velocidade da luz. Se, por um lado, isso significa que existe muita energia armazenada na massa de um corpo, por outro é extremamente difícil extraí-la; para tal, são necessários processos a altíssimas energias.

Um exemplo é o que ocorre em usinas nucleares; núcleos atômicos pesados são fissionados (quebrados) em núcleos menores. Essa fissão libera a energia que ferve água e move turbinas.
Existe algo de muito belo nessa nova física, na qual matéria e energia são, essencialmente, a mesma coisa. Isso pode não ser aparente na nossa vida diária, mas está lá, no coração dos átomos, regendo as interações entre as partículas elementares da matéria.

Um comentário: