Concepção Atomística da Matéria

As primeiras formulações atomísticas do universo remontam a Leucipo e Demócrito (século V a.C.). Segundo elas, move-se no espaço finito um número ilimitado de átomos eternos, tão pequenos que não admitem fragmentação ou divisão ulterior, absolutamente cheios, sem poros ou bolhas, incompressíveis, que preenchem completamente o espaço que ocupam, e os diferentes aspectos do universo resultam da pluralidade infinita de formas atômicas e de sua ordenação e posição relativa.

A essas concepções se opôs o idealismo platônico-pitagórico, segundo o qual formas abstratas elementares desprovidas de substrato material seriam os corpúsculos constituintes da terra, do fogo, do ar e da água, que eram, por sua vez, as substâncias elementares de todas as outras.

Após essas contribuições da antiguidade, o pensamento filosófico esperou por outra formulação importante da natureza do universo até meados do século XVII, quando Leibniz deu sua versão da doutrina das mônadas, de Giordano Bruno. O monadismo de Leibniz tem semelhanças com o atomismo de Demócrito, porque ambos apresentam uma visão do mundo segundo a qual seres e coisas são constituídos pela superposição de unidades elementares.

A mônada é uma substância simples com a qual se constroem as complexas, não tem elementos, nem dimensão, nem forma, não pode ser dividida ou decomposta. Uma mônada é necessariamente diferente de qualquer outra e no seu interior não há movimento, nada pode mudar. Entretanto, cada mônada é passível de outras mudanças - e as sofre incessantemente - determinadas por um princípio interno, que garante a pluralidade de diferenças e de associações externas necessárias para a reprodução da infinita variedade do universo.

Se de um lado o monadismo de Leibniz oferece alternativas não mecanicistas ao atomismo de Demócrito, de outro introduz um forte componente teológico - por meio do princípio interno da mônada - e ideais de harmonia universal. O atomismo, no entanto, se mantém dentro de limites materialistas, sustentando um princípio de necessidade, intrinsecamente vinculado aos átomos, para explicar suas associações e movimentos. Nenhuma dessas concepções resistiu íntegra ao peso das observações científicas, mas todas desempenharam papel muito importante na orientação do pensamento científico ao longo da história.

A primeira abordagem científica das idéias atomísticas teve lugar na segunda metade do século XVII, com os trabalhos de Newton sobre fenômenos luminosos, publicados em sua obra Opticks (1704; Óptica). Após numerosos trabalhos experimentais sobre a propagação retilínea da luz, reflexão, refração e principalmente dispersão cromática, Newton levantou a hipótese de que a luz seria constituída de corpúsculos materiais, cada um responsável por uma das cores fundamentais que, reunidas, dão a luz branca, propagando-se com velocidade que depende de sua qualidade cromática e da densidade do meio. Curiosamente, Newton analisou detidamente, em suas experiências, fenômenos de interferência luminosa que mais tarde foram os principais argumentos contra sua hipótese corpuscular da luz, finalmente refutada, em 1816, por Fresnel.

O passo seguinte foi dado em começos do século XIX, com Dalton. Físico e meteorologista, interessou-se pelas propriedades elásticas dos gases. Considerando a repulsão mútua de suas partículas, procurou interpretar tais propriedades dentro de um esquema newtoniano. Seus trabalhos levaram-no a considerar as proporções de átomos diferentes em diversos tipos de gases e daí a enunciar, em 1804, a lei da combinação de elementos por múltiplos de pesos definidos, mostrando assim que as substâncias compostas são construídas átomo por átomo, agrupados aos pares, três a três etc.

Em 1827, o botânico inglês Robert Brown descobriu o movimento dito browniano das partículas de pólen de certa erva em suspensão aquosa, o qual foi observado posteriormente com diferentes tipos de partículas em suspensão. O movimento browniano sugere fortemente a interpretação de que o movimento das partículas em suspensão lhes é imprimido por colisões com os corpúsculos da água. Essa idéia, nas mãos de Maxwell, Ludwig Boltzmann e outros se transformou na teoria cinética dos gases, que oferece uma explicação para as propriedades desses sistemas.

Na metade do século XIX, a idéia de átomo parecia muito bem assentada nos termos em que a concebeu Demócrito. Considerava-se, então, que os átomos das substâncias diferentes fossem associações de átomos de hidrogênio, o mais leve deles. Entretanto, as investigações do químico russo Dmitri I. Mendeleiev sobre a classificação dos elementos químicos, publicadas em 1869, lançaram sérias dúvidas sobre a simplicidade desse esquema, denunciando a possível existência de estruturas de organização intra-atômicas que exibiriam aspectos comuns a vários elementos, o que explicaria a semelhança de suas propriedades.

Os átomos não eram, portanto, as unidades indivisíveis do filósofo grego, como Ernest Rutherford acabou por comprovar, em 1911, com seu modelo atômico. O desfecho dependeu da descoberta do elétron, em 1897, por Joseph John Thomson, a partir de experiências sobre descargas elétricas em gases rarefeitos, e de fenômenos associados à radioatividade dos elementos, descoberta por Henri Becquerel em 1896. Rutherford demonstrou que os átomos dos elementos eram constituídos de um núcleo central carregado de hidrogênio (prótons), circundado por uma nuvem de elétrons em número suficiente para neutralizar os efeitos elétricos da carga central. Essa idéia mostrou-se substancialmente correta até o dia de hoje, salvo pela introdução do nêutron como constituinte do núcleo atômico, após sua descoberta, em 1932, por James Chadwick.

A ciência das primeiras décadas do século XX foi capaz também de demonstrar que as concepções atomísticas não se limitam aos aspectos ordinários da matéria, mas estendem-se igualmente a suas manifestações elétricas e ao movimento. Assim ficou demonstrado, particularmente depois das experiências de Robert Andrews Milikan, que o menor valor de carga elétrica é o da carga do elétron, e qualquer outro valor será múltiplo inteiro desse.

Na mesma época, os trabalhos de Max Planck sobre a entropia da radiação levaram-no à conclusão de que a energia irradiada por dipolos elétricos oscilantes é concentrada em quantidades definidas (quanta), dependendo da freqüência de oscilação, sendo a potência total um múltiplo inteiro dessas quantidades elementares. De certo modo, esse resultado correspondia a um retorno às concepções de Newton sobre o caráter discreto da radiação luminosa.

As idéias de Planck, nas mãos de Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg e Max Born, ganharam finalmente outras luzes, com a edificação de uma nova disciplina, que veio a substituir a mecânica clássica em domínios microscópicos: a mecânica quântica. Capaz de incorporar simultaneamente aspectos corpusculares e ondulatórios, vinculando matéria e movimento, os princípios e métodos dessa disciplina ensejam a formulação de uma teoria eletromagnética capaz de acomodar os pontos de vista de Newton e de Huygens sobre a natureza da luz, interpretando acertadamente todos os fenômenos luminosos até hoje conhecidos.

Em domínios subatômicos, as unidades elementares são os elétrons na região extranuclear e os núcleos atômicos. Elétrons são partículas estáveis e até hoje não foi possível identificar-lhes qualquer estrutura, mas os núcleos atômicos estão longe de constituir aquelas unidades indivisíveis e imutáveis de Demócrito. Os núcleos, constituídos de prótons e nêutrons, podem ser transformados uns nos outros mediante reações nucleares ou processos de radioatividade natural em que ocorre emissão de partículas e/ou energia. Os próprios prótons e nêutrons (núcleons) do núcleo atômico possuem estrutura própria. Os nêutrons são, além disso, instáveis.

Após a descoberta do nêutron, a física nuclear identificou cerca de uma centena de partículas subnucleares, denominadas elementares. A grande maioria delas não é elementar no sentido atomístico, porque se desintegram em outras e revelam, assim, uma estrutura subjacente. Estáveis são apenas o próton, o elétron, os fótons e os neutrinos, entre os quais apenas os três últimos não revelaram até hoje qualquer traço de estrutura interna.

Desenvolvimentos da década de 1960 sugeriam fortemente a existência de partículas presumivelmente estáveis, das quais todas as outras nuclearmente ativas poderiam ser construídas: os quarks. Atualmente, já não há mais dúvida quanto à existência dos quarks. Até a década de 1990, essas partículas ainda não haviam sido observadas sob a forma livre, mas experiências indicavam que o próton é composto de partículas puntiformes. A análise teórica das propriedades dos quarks, porém, indicavam uma estrutura para o próton constituída de quarks.

Até o fim do século XX, a física experimental procurava criar uma mistura de quarks por meio de compressão e aquecimento do núcleo atômico para provocar uma forte colisão de núcleons com liberação de quarks. Isso possibilitará a criação de um plasma de quarks que encontrará aplicações em diversas áreas como astrofísica (estudo da hipótese da grande explosão primordial), física nuclear e medicina.

Veja também:
Evolução do Conhecimento da Matéria
Física no Brasil
Metodologia e Campos de Estudo
Organização Social da Física

     
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