Previous Next Contents


OPINIÃO

João Luiz Kohl Moreira

25/03/02


As ``Constantes'' Universais

Diz-se que nosso universo é definido pelas suas ``constantes''. Exemplo: a ``constante'' da gravitação universal é uma delas. Outros exemplos podem advir de imediato: a constante dielétrica e a velocidade da luz são de conhecimento popular. Outras são menos conhecidas, como a ``constante de Plank''. Outras, ainda, são bem conhecidas, mas ignora-se comumente que sejam constantes, tal como a carga do elétron.

Constantes universais diferem das que eu chamaria ``constantes de unidades''. Estas determinam uma mera transformação entre diferentes unidades. Neste tipo insere-se a ``constante de Boltzman'' que estabelece a relação entre a temperatura e o estado energético das moléculas, ou a ``constante de Joule'' que relaciona caloria com trabalho mecânico. Estas constantes simplesmente existem porque nós, humanos, não sabemos relacionar (ou separar, dependendo da situação) conceitos naturalmente relacionados entre si. Assim, tivemos que esperar Joule realizar seu famoso experimento na torre de Piza para percebermos que o calor nada mais é do que uma forma da energia se manifestar, coisa que abriu espaço para a invenção da locomotiva a vapor, por exemplo. Da mesma forma, foi preciso Boltzman demonstrar que a temperatura nada mais é do que um estado de agitação de minúsculas partículas conhecidas como moléculas.

Portanto, as chamadas ``constantes de unidades'' nada mais são do que a manifestação congelada de nossas ignorâncias passadas. Diferenciá-las das ``constantes universais'' é fundamental.

As constantes universais são o resultado de um estado da natureza. Elas relacionam grandezas e não somente unidades. Exemplo claro disso é a constante universal da gravitação. Essa constante relaciona a força, massas e distâncias entre dois corpos. Trata-se de uma conexão entre essas grandezas, promovida pela natureza. Na teoria da Relatividade Geral de Einstein, essa constante determina a métrica do espaço-tempo, isto é, a maneira como o espaço será ``curvado'' na presença de massa. Essa característica é que vai dar a pista para os físicos entenderem que a natureza do universo é determinada por constantes como a da gravitação.

A velocidade da luz, definindo o limite com que os eventos são conectados deterministicamente também é uma característica de nosso universo. A constante de Plank, estabelecendo o limite de separação entre o mundo micro e macroscópico também é considerada universal.

A chamada constante de estrutura fina também é considerada como ``universal''. Essa grandeza tem origem na observação de finas estruturas nos espectros dos elementos alcalinos, tais como lítio, sódio, potássio etc, além do próprio hidrogênio. São todos átomos que possuem apenas um elétron em sua última camada de energia do estado não excitado. A compreensão desse fenômeno se deu à luz da correção relativística para as transições de estados mais excitados quando estes perdem a degenerescência do número quântico orbital para produzir esses ``filetes'' no espectro observado.

Algumas dessas constantes guardam relação entre si. As proporções aparecem na medida que vamos nos aprofundando na natureza dos fenômenos em que elas se manifestam, como no caso da constante de estrutura fina. Exemplo típico é a relação entre a constante dielétrica \( \varepsilon _{0} \) e a permeabilidade magnética \( \mu _{0} \) que estabelecem as relações entre cargas elétricas e seu movimento com as forças que elas provocam e a velocidade da luz no vácuo. O físico escocês J. Maxwell, em meados do século XIX, conseguiu unificar a eletricidade com o magnetismo em suas quatro famosas equações, e de quebra descobriu a equação que governa a luz, obtendo o valor de sua propagação. A verificação que o valor de Maxwell obtido por vias teóricas \( c=1/\sqrt{\varepsilon _{0}\mu _{0}} \) e o valor observado experimentalmente eram virtualmente idênticos provocou um frio na espinha dos físicos da época. Essa coincidência foi, inicialmente, assustadora. No entanto, esta descoberta apenas prenunciava que \( c \), a velocidade da luz é uma característica do espaço-tempo, como mais tarde Einstein confirmou.

A constante de estrutura fina possui algumas características peculiares e sua natureza é compreendida apenas dentro do contexto relativístico. Seu valor também se liga a outras constantes: \( \alpha \equiv e^{2}/\hbar c\approx 1/137 \), sendo \( e \) a carga do elétron, \( \hbar \), a constante de Plank normalizada por \( 2\pi \) e \( c \) é a velocidade da luz. Por ser de natureza relativística, essa constante também vai desempenhar um papel primordial na constituição do núcleo atômico, onde governa a física quântica relativística. Partículas constituintes do núcleo são resultados da interação entre partículas elementares carregadas eletricamente. Por exemplo, o neutron é constituido de um próton, um elétron e um netrino. Agindo tenuamente em ambiente onde governam forças de intensidade inimaginável, a força eletromagnética, caracterizada pela constante de estrutura fina, porém, acaba por desempenhar papel fundamental.

Há um certo tempo, vem-se perguntando se as constantes universais não seriam, na verdade, ``variantes universais'', isto é, elas mudam com o passar do tempo. Já houve tempo em que a constante gravitacional era negativa, ou seja, provocava uma força repulsiva. Foi a chamada ``era da inflação'', ocorrida nos primeiros instantes do universo.

Já se debateu se a velocidade da luz também não é variável. Tem-se certo que a constante de Hubble, - que determina a velocidade de afastamento entre as galáxias em função de suas distâncias - varia. Sabe-se até como é a função de variação. Só não se conhece seu valor atual ao certo.

Recentemente, uma equipe liderada pelo australiano Johm Webb, utilizando o telescópio Keck, um sistema duplo de 10 metros de diâmetro cada, no Havaí, e se servindo de sofisticadas técnicas de análise, concluiu que a constante de estrutura fina possuia valor ligeiramente inferior no passado. Tal descoberta, se confirmada, virá a ``calhar'', pois pode resolver alguns dos sérios problemas enfrentados pelos teóricos para compatibilizar a teoria com alguns fenômenos muitos estranhos no passado.