Um ensaio sobre matéria e energia

Um ensaio sobre matéria e energia

Alexandre Fontes da Fonseca

No cap. 9 da obra “E a Vida Continua”, de André Luiz, o irmão Cláudio diz: “Qualquer aprendiz de ciência elementar, no Planeta, não desconhece que a chamada matéria densa não é senão a energia radiante condensada. Em última análise, chegaremos a saber que a matéria é luz coagulada, substância divina, que nos sugere a onipresença de Deus.” [1] (Grifos em itálico originais). No cap. 1º. de “Evolução em Dois Mundos”, André Luiz diz que: “... na essência, toda a matéria é energia tornada visível e que toda a energia, originariamente, é força divina de que nos apropriamos para interpor os nossos propósitos aos propósitos da Criação, ...” [2].

É comum, no movimento espírita, ouvirmos a ideia de que matéria pode ser transformada em energia e vice-versa. Nós mesmos, outrora, afirmamos isso [3], mas um estudo mais rigoroso sobre como a Física interpreta os fenômenos de desmaterialização, de aniquilamento de pares de partículas-antipartículas, ou reações de fissão ou fusão nucleares revelam o equívoco desta idéia. O objetivo desta matéria, portanto, é esclarecer como a Física entende matéria, energia e tais fenômenos de transformação. Após, discutiremos como essas idéias se relacionam com o que ensina o Espiritismo.

A palavra energia é tão antiga quanto Aristoteles, e seu conceito moderno emergiu de estudos de Leibniz [4]. Nas palavras de um dos maiores físicos do século passado, o conceito de energia pode ser entendido como:

“Existe um fato, ou se desejar, uma lei que governa todos os fenômenos naturais conhecidos até o presente. Não existe exceção a esta lei; ela é exata até onde se sabe. Esta lei é chamada de conservação de energia; ela diz que existe uma certa quantidade que chamaremos energia, que não se altera perante as diversas alterações a que a natureza está sujeita. Esta é uma idéia completamente abstrata porque ela é um princípio matemático que diz que existe uma quantidade numérica que não se altera quando alguma coisa acontece. A energia não é uma descrição de um mecanismo ou de algo concreto; é apenas um fato estranho que calculamos um número, e quando terminamos de observar a natureza realizando seus truques e calculamos o número de novo, ele é o mesmo.” Richard Feynman [4] (tradução nossa).

A definição mais comum de matéria é a de qualquer coisa que tenha massa e ocupe volume de espaço [5]. Segundo a Física Moderna, a ocupação de espaço por parte da matéria decorre do fato dos elétrons, que possuem uma propriedade magnética intrínseca chamada spin de valor semi-inteiro igual a 1/2, não poderem ocupar as mesmas regiões espaciais em torno do núcleo de um átomo. Isso causa a sensação de repulsa entre dois objetos. Partículas que possuem spin de valor semi-inteiro (1/2, 3/2, 5/2, etc.) são chamadas de férmions, e os constituintes da matéria ordinária que conhecemos, como os prótons, neutrons e elétrons, são férmions. A teoria quântica demonstra que os férmions não podem ocupar os mesmos estados quânticos num sistema, incluindo-se a posição no espaço, explicando, assim, a concepção de que “dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar”.

Entretanto, na natureza existe, também, outro tipo de partículas chamadas bósons. Elas tem a propriedade de possuir spin de valor inteiro (0, 1, 2, etc.). Ao contrário dos férmions, e por mais incrível que possa parecer, os bósons podem ocupar o mesmo estado quântico, incluindo ocupar a mesma região do espaço. Por causa dessas propriedades, os bósons são considerados pela Física como as partículas “que carregam a força”. O fóton, por exemplo, que é um “quantum” de radiação eletromagnética, é o bóson que “carrega” a força eletromagnética. Vários fótons de diferentes radiações eletromagnéticas podem ocupar o mesmo espaço, a prova disso é o fato de termos num mesmo ambiente ondas de rádio, TV, celular, etc., sem que uma interfira na outra. 

A teoria da Física que, nos dias de hoje, estuda as propriedades de todos os tipos de partículas é chamada Modelo Padrão[5]. Segundo o Modelo Padrão, a matéria dita ordinária (isto é, a matéria que conhecemos) é composta por partículas elementares, isto é, partículas que não possuem estrutura interna e, por isso, são chamadas de elementares. Por exemplo, os prótons não são partículas elementares pois são formados por três quarks. Estes, por sua vez, não seriam formados por outras partículas sendo, portanto, elementares. Os chamados léptons, a cuja classe pertence o elétron, também são partículas elementares. O Modelo Padrão foi desenvolvido em 1970 e tem grande aceitação entre os físicos. Sua única limitação, atualmente, é não descrever ainda a força de interação gravitacional devido às massas das partículas. Acredita-se, que a descoberta do chamado bóson de Higgs possa esclarecer esse ponto dentro do contexto desta teoria[5].

Segundo o Modelo Padrão e, portanto, de acordo com o conhecimento da Física atual, a matéria ordinária é tudo que é formado de férmions elementares, isto é, de quarks e léptons que possuem spin de valor semi-inteiro. Como os elétrons são léptons e os prótons e neutrons são formados por quarks, todos os átomos conhecidos que formam a matéria que conhecemos são formados de quarks e léptons, e portanto, de férmions.

Mas, e os fótons e outros bósons que a Física de Partículas já descobriu? Não seriam matéria? O que seriam? O Modelo Padrão simplesmente não as chama de matéria, mas apenas de bósons. São, de fato, partículas reais, que fazem parte da natureza física que conhecemos, mas apenas não são consideradas matéria ordinária. Poder-se-ia inventar um nome para elas, mas comumente os físicos as chamam de “partículas mediadoras”, pois elas são responsáveis por carregar e transmitir a mensagem da força entre os férmions. Dentro do sentido que empregamos a palavra matéria no Espiritismo, os bósons podem ser considerados como “matéria”, porém com propriedades distintas dos objetos materiais que conhecemos.

Cabe aqui uma questão oportuna. O que seria a chamada antimatéria? Antimatéria é matéria formada por antipartículas dos férmions. O que são “antipartículas”? Antipartículas são as mesmas partículas com uma única diferença: possuem carga elétrica de sinal inverso ao da respectiva partícula. Por exemplo, um antielétron, também chamado de pósitron, é um elétron com carga elétrica positiva. Um antipróton é um próton negativo. Portanto, em essência, antimatéria é o mesmo que matéria, isto é, tem todas as mesmas propriedades da matéria, pode formar corpos idênticos aos que conhecemos e estão sujeitos às mesmas leis da matéria. Sabe-se que quando uma partícula e uma antipartícula se tornam muito próximas, elas sofrem uma reação chamada de aniquilação. Nesta reação, as partículas são ditas desmaterializadas e dois fótons são produzidos. A reação inversa também é possível. Antigamente se acreditava que os fluidos espirituais fossem formados de antimatéria. Com base no que foi exposto acima, podemos perceber o equívoco dessa idéia, como já demonstrado pelo amigo Ademir Xavier [6].

Outra pergunta importante: o que é a luz? A luz não é algo real, que vemos e sentimos de diversas formas? A luz é, de fato, algo real. Ela é radiação eletromagnética de determinada frequência. A radiação eletromagnética, por sua vez, é uma oscilação sincronizada dos campos elétrico e magnético que se propagam no vácuo, isto é, no espaço vazio. A luz, como todo sistema físico, possui comportamento regido pela conhecida dualidade onda-partícula da Mecânica Quântica que diz que dependendo da forma como observamos ou preparamos um experimento com a luz, o comportamento do sistema será do tipo ondulatório ou do tipo corpuscular. O fóton, que como dissemos é a menor unidade de radiação eletromagnética, é observado em fenômenos onde o aspecto corpuscular da luz ocorre. E é isso o que a Física diz, que a luz é uma radiação eletromagnética que em determinadas condições, se comporta como se fosse formada por um feixe de partículas chamadas de fótons. A Física não chama a luz ou os fótons de matéria pois a luz não ocupa espaço nem possue massa. Além disso, os fótons são bósons e a matéria ordinária é considerada pela Física como sendo formada de férmions. Dentro da consideração que fizemos anteriormente do conceito de matéria no Espiritismo, a luz pode ser também considerada como “matéria”.

Como se isso não bastasse, a Ciência descobriu a existência de outros tipos de matéria que não são formadas nem por férmions nem por bósons. As chamadas matéria e energia escuras são exemplos de matéria cujas propriedades escapam ao que expomos até aqui. Antes, porém, que nos sintamos tentados a associar essas matérias diferentes ao conceito de fluido universal (FU) ou fluidos espirituais, é preciso lembrar que as propriedades de ambas ainda não satisfazem àquilo que se espera do FU, conforme estudos já publicados na revista FidelidadESPÍRITA [7]. De modo análogo, independente do que a Física venha a descobrir como sendo a constituição íntima dessas matérias diferentes, dentro do conceito de matéria do Espiritismo, elas podem ser consideradas como “matéria”.

Antes de analisarmos a questão sobre a possibilidade de podermos transformar matéria em energia, vamos ver o que a Física entende por massa. Massa é normalmente entendida como sendo a medida da inércia, isto é, da dificuldade de alterar-se a dinâmica de um objeto. Einstein, com sua famosa equação, E=mc², demonstra a relação entre a energia E e a massa m de um objeto, onde c é a velocidade da luz. Porém, de que energia e de que massa a teoria de Einstein está falando? Entender isso é extremamente importante para descobrirmos se energia pode se transformar em matéria e, posteriormente, analisarmos se podemos chamar os fluidos espirituais de energias. Os artigos das referências 8 e 9 apresentam uma discussão história muito rica sobre o assunto. Vamos aqui apresentar apenas as conclusões desse estudo.

Einstein demonstrou que se um corpo de massa m perder ou ganhar energia no valor E, a sua massa total diminui ou aumenta na proporção m=E/c². Daí a equação E=mc². Assim, Einstein mostra que existe uma correlação direta entre a energia, dita de repouso de um corpo e a medida de sua inércia, de sua massa de repouso. Notem que usamos o adjetivo “repouso”, pois existe uma confusão entre os físicos a respeito da possibilidade da massa de um corpo poder aumentar em função da sua velocidade. O prof. Valadares mostra [8,9] que essa é uma interpretação errada da Teoria da Relatividade de Einstein e que, na verdade, não importa quão veloz é uma partícula, sua massa é sempre a mesma. Por exemplo, um próton se deslocando a velocidades muito altas, próximas da velocidade da luz, terá massa idêntica a de um próton em repouso. Einstein demonstrou que no processo de conservação da energia total de um sistema, cada partícula possui uma energia intrínseca chamada “energia de repouso”, dada pela equação E=mc². Uma consequência dessa teoria é que a massa de um corpo não é necessariamente igual à soma das massas das partículas que o compõem (grifamos para enfatizar). Em um dado processo, o que se conservam, segundo a Física, é o chamado momento (ou quantidade de movimento) e a energia total do sistema. A massa total só se conserva se a definimos de modo diferente do usual, o que deixamos para o leitor mais interessado verificar nos artigos das referências 8 e 9.

Diante do que foi exposto acima, pode energia se transformar em matéria, ou vice-versa? Para responder isso, considere como exemplo uma reação de desmaterialização ou aniquilamento ocorrida com um sistema formado por um elétron e um pósitron, isolados do resto do universo, como sugere o prof. Valadares [8]. Nesse processo, o momento e a energia total se conservam. Em outras palavras, antes da desmaterialização, o par elétron-pósitron possui determinado valor para a energia, momento e massa totais. Após a desmaterialização, dois fótons são produzidos e a energia, momento e massa totais permanecem com o mesmo valor, cada. Que a energia e o momento se conservam, isso entendemos perfeitamente. Mas como a massa total se conserva, se o elétron e o pósitron foram destruídos e no lugar dois fótons, que possuem massa de repouso nula, surgiram? É aí que precisamos prestar maior atenção para entender como a Física interpreta o fenômeno de reação de desmaterialização e verificar se houve ou não transformação de matéria em energia.

O argumento chave para entender o que acontece é: “se a energia total se conservou, isto é, se ela permaneceu a mesma, então nem se ganhou nem se perdeu energia”. Portanto, se tivesse ocorrido a transformação de matéria em energia, teríamos um aumento na energia total do sistema isolado. Como isso não ocorre no fenômeno de desmaterialização, não houve conversão nem de matéria, nem de coisa alguma em energia! Apesar de sutil, é um erro dizer que matéria pode ser transformada em energia, e vice-versa. O que de fato houve foi uma transformação de duas partículas, o elétron e o pósitron, em outro tipo de partícula: fótons. Em outras palavras, objetos reais e concretos como o elétron e o pósitron, de acordo com a Física, só podem se transformar em outros objetos reais e concretos, como os fótons. Objetos reais não podem se transformar em entes abstratos como a energia. Como lemos na explicação de Feynman, energia é um conceito puramente abstrato. Energia, por sua vez, pode ser transformada em outros tipos de energia ou transferida de um sistema físico a outro, mas energia não pode ser transformada em matéria. Nesse cálculo desse “número” a que chamamos energia, a fórmula E=mc² precisa ser levado em conta para que a lei de conservação da energia seja verificada no fenômeno de aniquilamento de par de partícula-antipartícula.

O mesmo raciocínio é válido com relação à massa, porém com a observação de que a soma das massas de um sistema não necessita ser igual à massa total do sistema, como mencionado anteriormente. Esse é o caso dos fótons que são criados na reação de desmaterialização. Cada fóton, separadamente, possui massa de repouso nula, mas o sistema formado por dois fótons possui massa total igual à massa de dois elétrons. A explicação formal para isso se encontra nos artigos das referências 8 e 9 e não extenderemos aqui por razões de espaço.

Retornemos às frases contidas nas duas obras de André Luiz citadas no primeiro parágrafo deste artigo, numerando-as: 1) “matéria densa não é senão a energia radiante condensada”, 2) “matéria é luz coagulada”; e 3) “na essência, toda a matéria é energia tornada visível”. Essas frases tem relação com os conceitos de matéria, massa e energia de repouso de uma partícula, bem como com a interpretação de processos de aniquilamento ou desmaterialização.

Sendo rigorosos com relação à Física, nenhuma das três frases acima está rigorosamente correta. As frases 1) e 3) estão em conflito com o que a Física, hoje, diz pelas razões explicadas nos parágrafos anteriores. A frase 2) parece correta em vista do fenômeno de aniquilamento de um par partícula-antipartícula, onde partículas com massa de repouso não nula se transformam em fótons, que são quanta de luz. Apesar da frase 2) ser a que melhor se aproxima do entendimento atual dos físicos, não é correto deduzir que a “matéria é luz coagulada”. O fato da matéria poder se transformar em fótons não significa que as partículas sejam fótons “coagulados” ou “condensados” antes do fenômeno de transformação. A matéria, de acordo com o Modelo Padrão da Física de Partículas, é todo sistema físico formado por partículas elementares. Essas partículas são elementares porque não possuem estrutura interna, o que equivale a dizer que elas não são internamente fótons, “luz coagulada”, ou qualquer outra coisa. Elas já são os tijolos básicos da matéria. Elas possuem características individuais próprias como massa, carga elétrica, energia de repouso e outras propriedades físicas fixas. No caso da relação entre massa e energia (que é a que sugere que matéria pode ser transformada em energia, e vice-versa), o que podemos dizer, nas palavras do próprio Einstein, é que “A massa de um corpo é uma medida do seu conteúdo energético”[8]. Uma partícula, então, contém energia na medida proporcional à sua quantidade de massa, mas ela, a partícula, em si não é energia.

           

Por outro lado, em vista da sutileza da interpretação atual da Física dos conceitos de matéria, massa, energia e dos fenômenos como o de aniquilamento, e sabendo que na época em que as frases 1), 2) e 3) foram publicadas pela primeira vez, os físicos não tinham a compreensão de agora (o Modelo Padrão foi desenvolvido em 1970, enquanto as obras de André Luiz foram escritas e primeiramente publicadas nas décadas de 40 e 50), precisamos reconhecer que essas frases estavam corretas no contexto do conhecimento científico da época, exprimindo a idéia do fenômeno de desmaterialização ou de aniquilamento de um par partícula-antipartícula, mas acima de tudo enfatizando que a Ciência já reconhecia que a matéria não é algo rígido, duro e perpétuo como nossos cinco sentidos poderiam sugerir. Se a forma dessas frases não está correta perante o que ensina a Física de hoje, a mensagem que seus autores pretenderam transmitir de que a matéria não é algo absolutamente rígido é atual e confirmada por essa mesma ciência. Além disso, é preciso ter em mente, como aliás nos lembra André Luiz no prefácio da obra Mecanismos da Mediunidade [10], que a Ciência do futuro substituirá a atual, e que é cedo para considerar que as teorias atuais da Física sejam a palavra final sobre o que é a matéria.

Vamos, agora, analisar o que a Doutrina Espírita ensina sobre a matéria. É oportuno reproduzirmos a questão 22 de O Livro dos Espíritos [11]:  

22. Define-se geralmente a matéria como aquilo que tem extensão, que pode impressionar os nossos sentidos, que é impenetrável. Essas definições são exatas?

“Do vosso ponto de vista são exatas, porque não falais senão do que conheceis. Mas a matéria existe em estados que vos são desconhecidos. Pode ser, por exemplo, tão etérea e sutil que nenhuma impressão vos cause aos sentidos. Contudo, é sempre matéria, embora para vós não o seja.”

Essa resposta dos Espíritos tem um valor muito grande. Ela adianta em mais de meio século o que a Ciência viria a descobrir sobre a natureza da matéria. De fato, matéria existe em estados que eram desconhecidos da humanidade à época de Kardec. Não somente a descoberta dos bósons, mas mesmo entre os férmions existem partículas bastante sutis. Por exemplo, a partícula chamada neutrino, que é um lépton elementar, é tão leve que se acreditava não possuir massa, e é tão sutil que trilhões deles são capazes de atravessar o planeta Terra inteiro como se não existisse nada. Trilhões de neutrinos atravessam nosso corpo sem causar a menor sensação. Embora não percebamos a sua existência, concordamos com os Espíritos: o neutrino é sempre matéria.

Na questão 29, os Espíritos dizem que a ponderabilidade é um atributo da matéria que conhecemos, mas “não da matéria considerada como fluido universal”. Eles dizem também que “A matéria etérea e sutil que forma esse fluido é imponderável para vós, mas nem por isso deixa de ser o princípio da vossa matéria pesada”. Neste momento, o Espiritismo apresenta uma informação que é nova para a Ciência. Os Espíritos afirmam que o FU é o princípio elementar da matéria que conhecemos. Essa afirmativa contradiz o Modelo Padrão que diz que as partículas elementares não são formadas de outra coisa. Isso nos sugere algumas questões. Seriam as partículas elementares o FU? Ou estaria a Física comprovando erros no Espiritismo? Em nosso ponto de vista, não podemos responder a essas questões pois as teorias da Física, como o Modelo Padrão, possuem limitações e sofrerão novos desenvolvimentos que podem culminar com novas teorias. Um exemplo é a busca experimental por uma partícula que seria a causa da massa de todas as outras, o bóson de Higgs. Além disso, outras teorias como a de supercordas propõem que cada partícula elementar é um tipo de corda que oscila em determinada frequência. Não é um procedimento científico a simples comparação entre o Modelo Padrão e o Espiritismo, para então concluir que as partículas elementares são o FU. Seria preciso trabalhar na demonstração de que tudo o que o Espiritismo diz do FU é satisfeito pelas partículas elementares. Por exemplo, dizem os Espíritos (questão 27) que sem o FU, a matéria estaria num perpétuo estado de divisão. Como encaixar isso com as teorias da Física de Partícula? Apenas um trabalho de pesquisa rigoroso pode vir a responder isso.

Por outro lado, a tese espírita do FU ser o princípio elementar de toda a matéria não é desmentida pelos fenômenos de transformação da matéria como o de aniquilamento de pares partícula-antipartícula. O fato de um tipo de matéria poder se transformar em outro sugere a existência de uma matéria prima universal que seja a base de toda a matéria incluindo, também, aquilo que chamamos de matérias diferentes quais sejam os bósons, a matéria e energia escuras. Somente estudos mais profundos feitos com o rigor científico poderão fornecer maiores certezas, como já comentado em artigo anterior na FidelidadESPÍRITA [12].

Seria correto falar que os fluidos espirituais são energias? É correto dizer que no passe recebemos “energias espirituais”? Por tudo o que vimos até aqui, se o FU é a base tanto dos fluidos espirituais quanto da matéria, então o FU deve ser identificado com a matéria e não com energia. Logo, não se pode dizer que os fluidos são energia. Teriam os fluidos energia, assim como matéria carrega energia? Acreditamos que sim, e que nos processos e fenômenos envolvendo fluidos espirituais, leis análogas às de conservação de energia devem existir e reger tais processos. Assim como Einstein demonstrou uma relação entre a propriedade massa e energia de repouso de um objeto, talvez exista uma relação análoga entre alguma propriedade física dos fluidos espirituais (algo relativo à sua massa) e a energia intrínseca dos mesmos. Mas não podemos ir além disso. Devemos aguardar que os pesquisadores da Física e do Espiritismo trabalhem para nos trazer respostas. Não é um procedimento científico chamar os fluidos de energia sem pesquisarmos profundamente o que são os fluidos, como quantificar a energia contida neles, e como quantificar os fenômenos fluídicos.

Para finalizar, observemos que os Espíritos dizem na questão 22a que a “matéria é o laço que prende o espírito; é o instrumento de que este se serve e sobre o qual, ao mesmo tempo, exerce sua ação.” Essa definição de matéria é muito importante por duas razões. Primeiro porque afirma a interação entre o espírito e a matéria. Segundo, porque apresenta uma razão filosófica da existência da matéria: o de servir de instrumento de evolução espiritual para o espírito.

Referências

[1] Francisco Cândido Xavier, E a Vida Continua..., pelo Espírito de André Luiz, FEB, 18ª edição, Rio de Janeiro, 1991.

[2] Francisco Cândido Xavier e Waldo Vieira, Evolução em Dois Mundos, pelo Espírito de André Luiz, FEB, 11ª edição, Rio de Janeiro, 1989.

[3] Curso Ciência & Espiritismo, “Aula 7: Física e Espiritismo II: energia e matéria. Referências científicas na pesquisa espírita”, Boletim do GEAE Número 489, (2005).

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Energy

[5] M. A. Moreira, “O Modelo Padrão da Física de Partículas”, Revista Brasileira de Ensino de Física 31, 1306 (2009).

[6] Ademir L. Xavier Jr., “Algumas Considerações Oportunas sobre a Relação Espiritismo - Ciência”, Reformador, Agosto, p.244 (1995).

[7] A. F. Da Fonseca, “Matéria e Energia Escura: não são o Fluido Universal”, Revista FidelidadESPÍRITA Dezembro, p. 18, (2003).

[8] J. A. Valadares, “O Conceito de Massa. I. Introdução Histórica”,  Revista Brasileira de Ensino de Física 15, 110 (1993).

[9] J. A. Valadares, “O Conceito de Massa. II. Análise do Conceito”,  Revista Brasileira de Ensino de Física 15, 118 (1993).

[10] Francisco Cândido Xavier e Waldo Vieira, Mecanismos da Mediunidade, pelo Espírito de André Luiz, FEB, 11ª edição, Rio de Janeiro, 1990.

[11] A. Kardec, O Livro dos Espíritos, FEB, 1ª edição Comemorativa do Sesquicentenário, Rio de Janeiro, 2006.

[12] A. F. Da Fonseca, “O Fluido Universal e as teorias cosmológicas”, Revista FidelidadESPÍRITA Novembro, p. 16, (2003).

[13] Os artigos das referências 5, 7 e 8 podem ser baixados gratuitamente a partir do sítio da revista: www.sbfisica.org.br/rbef

Este artigo foi publicado originalmente em duas partes na revista FidelidadESPÍRITA 91 (Abril), p. 6 (2010); e 92 (Maio), p. 20 (2010).