O que não se vê a olho nu

MINÚSCULAS partículas de pó flutuam invisíveis no ar. Daí, um feixe de luz solar atravessa a janela e o invisível de repente se torna visível. O penetrante raio de luz revela à visão humana a existência das partículas.

Pense também na luz visível, que a olho nu parece branca ou incolor. O que acontece quando no ângulo certo a luz solar atravessa gotículas de água? A água serve de prisma, e aparece um arco-íris de lindas cores.

De fato, os objetos que nos rodeiam refletem vários comprimentos de ondas de luz que os olhos vêem como cor. A grama verde, por exemplo, não produz por si mesma a luz verde. Na verdade, ela absorve todos os comprimentos de ondas de luz visível, exceto o verde, e reflete o comprimento dessa onda para os nossos olhos. Assim, para os nossos olhos a grama parece verde.

Com a ajuda de instrumentos

Em anos recentes, invenções modernas tornaram visíveis muitas coisas que eram invisíveis a olho nu. Num microscópio comum, pode-se ver que uma gota de água aparentemente sem vida está cheia de todo tipo de criaturas moventes. E um fio de cabelo, que na visão normal é liso e uniforme, aparece áspero e serrilhado. Microscópios muito poderosos podem ampliar objetos um milhão de vezes, que seria como ampliar um selo postal ao tamanho de um pequeno país!

Agora, com o uso de microscópios ainda mais poderosos, os pesquisadores vêem imagens de contorno de superfícies em escala atômica. Com isso, eles perscrutam o que até recentemente estava além do alcance da visão humana.

Por outro lado, olhando para o céu à noite vemos estrelas. Quantas? A olho nu, apenas alguns milhares, no máximo. Mas com a invenção do telescópio, uns 400 anos atrás, passou-se a ver muito mais. Daí, nos anos 20, um poderoso telescópio no Observatório do Monte Wilson revelou que existem galáxias além da nossa e que essas também contêm inumeráveis estrelas. Hoje, usando sofisticados meios de investigar o Universo, os cientistas calculam que existam dezenas de bilhões de galáxias, muitas delas formadas por centenas de bilhões de estrelas!

É realmente espantoso que os telescópios tenham revelado que bilhões de estrelas, que formam a chamada Via-Láctea porque parecem estar tão bem agrupadas, estão na verdade separadas por distâncias inimagináveis. Ademais, microscópios poderosos ajudam o olho nu a ver que objetos aparentemente sólidos são, na realidade, constituições de átomos compostos primariamente de espaço vazio.

O infinitamente pequeno

A menor partícula visível num microscópio comum contém mais de dez bilhões de átomos! No entanto, em 1897 descobriu-se que o átomo tem minúsculas partículas orbitantes, chamadas de elétrons. Com o tempo, descobriu-se que o núcleo do átomo, ao redor do qual os elétrons orbitam, consiste em partículas maiores — nêutrons e prótons. Os 88 diferentes tipos de átomos, ou elementos, que se encontram de modo natural na Terra são basicamente do mesmo tamanho, mas variam em peso porque cada qual tem um número progressivamente maior daquelas três partículas básicas.

Os elétrons — no caso do átomo de hidrogênio, um único elétron — giram no espaço em volta do núcleo do átomo bilhões de vezes por milionésimo de segundo, dando assim forma ao átomo e fazendo-o comportar-se como se fosse sólido. Seriam necessários uns 1.840 elétrons para igualar a massa de um próton ou de um nêutron. Tanto o próton como o nêutron são umas 100 mil vezes menores do que o próprio átomo inteiro!

Para ter uma idéia de como o átomo é vazio, tente visualizar o núcleo de um átomo de hidrogênio em relação com o elétron que orbita o átomo. Se esse núcleo, que consiste em um único próton, fosse do tamanho de uma bola de tênis, seu elétron orbitante estaria a uns três quilômetros distante!

Um artigo a respeito das celebrações do centenário da descoberta do elétron dizia: “Poucos pensam duas vezes a respeito de comemorar algo que ninguém viu, que não tem tamanho perceptível e, no entanto, tem peso mensurável, uma carga elétrica — e rodopia como um pião. . . . Hoje ninguém questiona a idéia de que coisas que não podemos ver deveras existem.”

Objetos ainda menores

Máquinas desintegradoras de átomos (aceleradores), capazes de arremessar partículas de matéria umas contra as outras, dão agora aos cientistas um vislumbre do interior do núcleo do átomo. Em resultado disso, escreve-se sobre muitas partículas de nomes estranhos — pósitrons, fótons, mésons, quarks e glúons, citando apenas alguns. Todas são invisíveis, até mesmo para os mais poderosos microscópios. Mas, com equipamentos tais como a câmara úmida de Wilson (câmara de neblina), câmara de ebulição e cintilômetros, é possível observar rastos de sua existência.

Os pesquisadores vêem agora o que antes era invisível. Com isso, conseguem entender melhor o que acreditam ser as quatro forças fundamentais — a gravitação, o eletromagnetismo e duas forças subnucleares chamadas de “força fraca” e “força forte”. Alguns cientistas estão à procura da chamada “teoria do tudo”, que eles esperam venha a fornecer uma única explicação compreensível do Universo, do macroscópico ao microscópico.

Que lições se pode aprender de ver além do que se consegue a olho nu? E à base do que aprenderam, a que conclusão chegaram muitos? Veja as respostas nos próximos artigos.

[Fotos na página 3]

Imagens de átomos de níquel (em cima) e átomos de platina

[Crédito]

Cortesia de IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center

O que revela a visão do invisível?

O QUE acontece quando os humanos usam novas invenções para abrir a cortina, por assim dizer, e ver o que não podiam ver antes? Isso ajuda a definir, com certo grau de certeza, o que antes não se conhecia. — Veja o quadro abaixo.

Acreditava-se outrora que a Terra era o centro do Universo. Mas o uso do telescópio mostrou que os planetas, incluindo a Terra, orbitam ao redor do Sol. Mais recentemente, com a invenção de microscópios poderosos, os humanos têm examinado o próprio átomo e visto como certos tipos de átomos se combinam com outros, formando as chamadas moléculas.

Considere a composição de uma molécula de água, uma substância essencial à vida. Dois átomos de hidrogênio foram projetados para se juntar de modo ímpar a um átomo de oxigênio, formando uma molécula de água — bilhões delas em cada gota. O que nos revela um exame da molécula de água e de seu comportamento sob diferentes circunstâncias?

A maravilha da água

Embora uma gota de água possa parecer algo muito simples, a água é uma substância extremamente complexa. De fato, o Dr. John Emsley, editor de ciência do Imperial College, em Londres, disse: “[A água] é uma das substâncias químicas mais investigadas, mas ainda é a menos entendida.” E a revista New Scientist publicou: “A água é o líquido mais conhecido da Terra, mas também um dos mais misteriosos.”

O Dr. Emsley explicou que, apesar de sua estrutura simples, “nada tem um comportamento tão complexo” como a água. Ele exemplificou: “H₂O devia ser um gás, . . . mas é um líquido. Ademais, ao congelar . . . , a sua forma sólida, o gelo, flutua em vez de afundar”, como normalmente seria de esperar. Sobre esse comportamento incomum, o Dr. Paul E. Klopsteg, um ex-presidente da Associação Americana para o Progresso da Ciência, observou:

“Isso parece ser notavelmente projetado para sustentar a vida aquática, como os peixes. Imagine como seria se a água, ao congelar, não agisse conforme mencionado. O gelo se formaria sem parar até ocupar um lago inteiro, sufocando toda, ou a maior parte, da vida marinha.” O Dr. Klopsteg disse que esse inesperado comportamento da água “é evidência da ação, no Universo, de uma mente poderosa e objetiva”.

Segundo a New Scientist, os pesquisadores acham que agora já sabem por que a água age dessa maneira incomum. Eles criaram o primeiro padrão teórico que prediz com exatidão a expansão da água. “A chave do mistério”, entendem eles, “está no espaçamento dos átomos de oxigênio dentro dessas estruturas”.

Não é notável isso? Uma molécula aparentemente tão simples desafia a compreensão humana. E pensar que a maior parte da massa do nosso corpo é água! Você também vê nas maravilhas dessa molécula, de apenas três átomos de dois elementos, “evidência da ação . . . de uma mente poderosa e objetiva”? Não obstante, uma molécula de água é pequeníssima e bem menos complexa do que muitas outras moléculas.

Moléculas de grande complexidade

Algumas moléculas se compõem de milhares de átomos de muitos dos 88 elementos naturais na Terra. Por exemplo, uma molécula de DNA (ácido desoxirribonucléico), que contém os dados codificados da hereditariedade de toda coisa viva, pode ter milhões de átomos de vários elementos.

Apesar de sua incrível complexidade, o diâmetro da molécula DNA mede apenas 0,0000025 milímetro, e pode ser vista apenas num poderoso microscópio. Só em 1944 os cientistas descobriram que o DNA determina a hereditariedade de toda pessoa. Essa descoberta desencadeou uma intensa pesquisa dessa molécula extremamente complexa.

Mas o DNA e a água são apenas dois dos muitos tipos de moléculas que entram na formação das coisas. E, visto que muitas moléculas se encontram tanto nas coisas vivas como nas não-vivas, devemos concluir que o que separa uma coisa viva de uma coisa não-viva é um passo, ou ponte, relativamente simples?

Por muito tempo, muitos acreditavam que sim. “A esperança de que o aumentado conhecimento bioquímico transporia o abismo foi especificamente expressa por muitos especialistas nos anos 20 e 30”, explicou o microbiólogo Michael Denton. Mas, com o tempo, o que realmente se descobriu?

A vida é especial e ímpar

Embora os cientistas esperassem encontrar intermediários transicionais, ou uma série de passos graduais, entre o que é vivo e o que não é, Denton observou que a existência de uma descontinuidade definida foi “finalmente estabelecida depois de revolucionárias descobertas da biologia molecular, no início dos anos 50”. Referindo-se a um fato notável que hoje é evidente para os cientistas, Denton prosseguiu:

“Sabemos agora que existe não só uma brecha entre o mundo das coisas vivas e o das coisas não-vivas, mas também que ela representa a mais dramática e fundamental de todas as descontinuidades da natureza. Entre uma célula viva e o mais altamente ordenado sistema não-biológico, como um cristal ou um floco de neve, existe um abismo tão amplo e absoluto quanto se possa conceber.”

Isso não significa que é fácil criar uma molécula. O livro Molecules to Living Cells (De Moléculas para Células Vivas) explica: “A síntese dos blocos de construção das pequenas moléculas é em si mesma complexa.” Mas acrescenta que fazer tais moléculas “é brincadeira de criança em comparação com o que deve ter ocorrido em seguida para gerar a primeira célula viva”.

As células podem existir por si mesmas, como organismos de vida própria, como as bactérias, ou podem funcionar como parte de um organismo multicelular, como o ser humano. Seriam necessárias 500 células de tamanho médio para preencher o espaço do ponto no fim desta sentença. Portanto, não é de admirar que as funções de uma célula sejam invisíveis a olho nu. Mas o que revela uma olhada numa célula humana através de um microscópio?

A célula: fruto do acaso ou de projeto?

Primeiro, é impossível não se pasmar com a complexidade das células vivas. Certo editor de ciência observou: “O crescimento normal até mesmo da célula viva mais simples exige a coordenação de dezenas de milhares de reações químicas.” Ele perguntou: “Como é possível controlar simultaneamente 20.000 reações dentro de uma única minúscula célula?”

Michael Denton comparou até mesmo a menor célula viva a “uma verdadeira fábrica microminiaturizada que contém milhares de peças de requintado design de intrincados mecanismos moleculares, compostos de cem bilhões de átomos, muito mais complicados do que qualquer mecanismo construído pelo homem e absolutamente sem paralelo no mundo das coisas não-vivas”.

Os cientistas ainda se espantam com a complexidade da célula, como disse o jornal The New York Times de 15 de fevereiro de 2000: “Quanto mais os biólogos entendem de células vivas, tanto mais assustadora se torna a tarefa de determinar tudo o que elas fazem. A célula humana mediana é pequena demais para ser vista, no entanto, a todo instante 30.000 de seus 100.000 genes podem ser acionados para cumprir tarefas necessárias na célula ou responder a mensagens de outras células.”

O jornal perguntou: “Como seria possível analisar uma máquina tão minúscula e tão instigante? E mesmo se um esforço prodigioso tornasse possível aprender tudo sobre uma célula humana, existem pelo menos 200 tipos diferentes no corpo humano.”

A revista Nature, num artigo intitulado “Verdadeiras máquinas de criação”, publicou a descoberta de minúsculos motores dentro de cada célula do corpo. Eles giram para produzir trifosfato de adenosina, a fonte de energia das células. Certo cientista refletiu: “Imagine o que se conseguiria fazer se soubéssemos projetar e construir um maquinismo molecular similar ao das células.”

Pense na capacidade criativa da célula. A quantidade de dados contidos no DNA de uma única célula do nosso corpo encheria cerca de um milhão de páginas como esta! Mais ainda, sempre que uma célula se divide para criar uma nova, esses mesmos dados passam para a nova célula. Como você acha que cada célula — 100 trilhões delas no seu corpo — vieram a estar programadas com esses dados? Por acaso, ou pela ação de um Projetista-Mestre?

Você talvez conclua o mesmo que o biólogo Russell Charles Artist, que disse: “Deparamo-nos com dificuldades enormes, até mesmo insuperáveis, ao tentarmos explicar a origem [da célula], e também seu funcionamento contínuo, a menos que afirmemos, com racionabilidade e lógica, que uma inteligência, uma mente, a trouxe à existência.”

Uma ordem maravilhosa

Anos atrás, Kirtley F. Mather, na época professor de biologia na Universidade de Harvard, chegou a esta conclusão: “Vivemos num Universo, não de acaso ou casualidade, mas de Lei e Ordem. Sua Administração é totalmente racional e digna do maior respeito. Considere o maravilhoso arranjo matemático da natureza, que nos permite dar consecutivos números atômicos a todo elemento de matéria.”

Analisemos brevemente esse “maravilhoso arranjo matemático da natureza”. Entre os elementosa conhecidos aos antigos estavam o ouro, a prata, o cobre, o estanho e o ferro. O arsênio, o bismuto e o antimônio foram identificados pelos alquimistas na Idade Média e, mais tarde, nos anos 1700, foram descobertos muitos outros elementos. Em 1863, o espectroscópio (que separa a ímpar faixa de cores que cada elemento emite) foi usado para identificar o índio, o 63.º elemento descoberto.

Naquele tempo, o químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev concluiu que os elementos não foram criados acidentalmente. Por fim, em 18 de março de 1869, seu tratado “Esboço do Sistema dos Elementos” foi lido para a Sociedade Química Russa. Ali, ele declarou: ‘Desejo estabelecer algum tipo de sistema não guiado pelo acaso mas sim por algum tipo de princípio definido e exato.’

No seu famoso documento, Mendeleyev predisse: “Ainda devemos esperar descobrir muitos elementos simples desconhecidos; por exemplo, os similares ao alumínio e ao silício, elementos de peso atômico de 65 a 75.” Mendeleyev deixou espaços em branco para 16 novos elementos. Quando lhe pediram provas de suas predições, ele respondeu: “Não preciso de provas. As leis da natureza, diferentemente das leis de gramática, não admitem exceções.” Acrescentou: “Suponho que quando os elementos desconhecidos forem encontrados, mais pessoas nos darão atenção.”

Foi exatamente isso o que aconteceu! “Durante os 15 anos seguintes”, explica a Encyclopedia Americana, “a descoberta do gálio, do escândio e do germânio, cujas propriedades se ajustam bem às preditas por Mendeleyev, comprovou a validade da tabela periódica e garantiu a fama de seu autor”. No início do século 20, todos os elementos conhecidos já haviam sido descobertos.

Obviamente, como disse o pesquisador de química Elmer W. Maurer, “esse belo arranjo de forma alguma pode ser uma questão de acaso”. Quanto à possibilidade de que a harmoniosa ordem dos elementos seja uma questão de acaso, o professor de química John Cleveland Cothran observou: “A descoberta pós-predição de todos os elementos cuja existência [Mendeleyev] previu, e possuírem eles quase integralmente as propriedades que ele predisse que teriam, efetivamente elimina qualquer possibilidade nesse respeito. A sua grande proposição jamais é chamada de ‘Acaso Periódico’, mas sim de ‘Lei Periódica’.”

Um rigoroso estudo dos elementos, e como eles se encaixam para formar tudo o que existe no Universo, levou o famoso físico P.A.M. Dirac, então professor de matemática na Universidade de Cambridge, a dizer: “Talvez se possa descrever a situação por dizer-se que Deus é um matemático de nível muitíssimo elevado e que Ele usou matemática muito avançada para construir o Universo.”

É realmente fascinante sondar o mundo invisível, dos infinitamente minúsculos átomos, moléculas e células vivas às gigantescas galáxias de estrelas muito além do alcance do olho nu! A experiência nos torna modestos. Como isso afeta a você? O que vê refletido nessas coisas? Vê mais do que seus olhos físicos conseguem enxergar?

[Nota(s) de rodapé]

[Quadro/Foto na página 5]

Rápido demais para ser visto

Visto que um cavalo galopante é tão rápido, no século 19 os homens debatiam se, num dado momento, todas as patas do cavalo estariam acima do chão ao mesmo tempo. Por fim, em 1872, Eadweard Muybridge iniciou experiências fotográficas que mais tarde elucidaram a questão. Ele desenvolveu uma técnica para a realização das primeiras filmagens de alta velocidade.

Muybridge alinhou uma série de 24 câmeras uma perto da outra. Do disparador de cada câmera foi estendida uma linha que cruzava a pista, de modo que, quando o cavalo passava galopando, batia nas linhas e acionava os disparadores. As análises das fotos revelaram que, às vezes, o cavalo ficava totalmente acima do chão.

[Crédito]

Cortesia George Eastman House

[Foto na página 7]

Por que a água congelada flutua em vez de afundar?

[Foto na página 7]

A molécula de DNA tem 0,0000025 milímetro de diâmetro, mas os dados que contém encheriam um milhão de páginas

[Crédito]

Modelo computadorizado de DNA: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Foto na página 8]

Em cada célula do corpo — 100 trilhões delas — dezenas de milhares de reações químicas ocorrem de maneira coordenada

[Crédito]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Fotos na página 9]

O químico russo Mendeleyev concluiu que os elementos não foram criados acidentalmente

[Crédito]

Cortesia da National Library of Medicine