Em qualquer uma das maiores bibliotecas do mundo, salas e estantes parecem se estender para sempre. O número de volumes na
Biblioteca do Congresso é dezenas de milhões. Cada um deles apresenta várias histórias, análises detalhadas, documentos históricos - todos com suas próprias opiniões. Mas todos esses milhões de livros escritos em inglês consistem em apenas várias dezenas de milhares de palavras, e cada palavra consiste em uma combinação de apenas 26 letras - de A a Z [
mais espaços, pontuação e números - aprox. perev. ]
Enquanto isso, todos vivemos cercados por uma enorme e incrível variedade de materiais - incluindo o que compunha os muitos tipos de estruturas biológicas que compõem nosso corpo e todos os corpos de animais, plantas e outros seres vivos. O planeta em que vivemos consiste em todos os tipos de pedras, algumas duras e quebradiças, outras plásticas, com cores e texturas diferentes. Além da água, temos álcool, ácidos, açúcares e óleos de várias formas. Alimentos preparados no forno emitem vários sabores que respiramos do ar. Materiais sintéticos, incluindo uma variedade de plásticos, precisam ser adicionados a sais, giz e ligas. Mas é importante lembrar que a vasta riqueza da Biblioteca de materiais consiste em uma pequena (embora bastante diversa) variedade de moléculas, que, por sua vez, consistem em apenas cem átomos - elementos de H a U e além (do hidrogênio ao urânio e além).
A complexidade de uma linguagem escrita, como o inglês, é baseada em palavras, e a complexidade dos materiais começa com as moléculas. Da mesma forma, instruções para a construção de um enorme conjunto de formas biológicas podem ser codificadas no DNA -
ácido desoxirribonucléico - e, especificamente, nas linhas de suas sílabas tridimensionais, compostas por quatro moléculas simples, nucleobases. A razão da complexidade é baseada em um simples fato matemático - uma grande variedade de combinações pode surgir a partir de um pequeno número de ingredientes. Um ingrediente não é suficiente. Somente dez palavras diferentes podem ser compostas da letra "a", cujo comprimento não excederá dez letras: "a", "aa", "aaa" e assim por diante. Porém, das 26 letras, já é possível obter 26
2 palavras de duas letras, ou seja, 676 e palavras de dez letras - 141 167 095 653 376, muito mais do que o necessário para o idioma. Apenas algumas dezenas de milhares de palavras, selecionadas dentre muitos milhões ou bilhões de potenciais, são suficientes para criar toda a literatura em inglês. Os mesmos princípios de crescimento exponencial no número de combinações permitem que nosso ambiente se forme a partir de apenas cem variedades de átomos, que podem ser constituídos por inúmeras moléculas, variando em tamanho, de alguns átomos a centenas e milhares.
Começando com palavras ou moléculas, você pode se mover em duas direções para fins de pesquisa. Você pode tentar entender como objetos complexos são montados a partir de seus ingredientes: o que está por trás da existência de um único livro ou conjunto de livros? De onde veio esse material ou classe de material? Ou você pode se mover em uma direção diferente, determinando a fonte de letras e átomos, os principais blocos de construção.
O objetivo deste e dos artigos subsequentes é responder à segunda pergunta, das moléculas às suas fontes. Obviamente, é muito interessante estudar uma enorme variedade de materiais encontrados na natureza, dos quais existem tantos livros na Biblioteca do Congresso. Mas, por outro lado, a origem de moléculas e átomos acaba sendo um tópico menos vasto. Obviamente, não se pode dizer que a resposta a essas perguntas seja simples e direta. Ele revela muitos detalhes surpreendentes e inesperados da física atômica, nuclear e física de partículas (ou altas energias). Como no caso da fonte das letras do alfabeto, as
consequências de encontrar a resposta para essa pergunta são cada vez mais interessantes do que se poderia imaginar inicialmente. Isso leva a descobertas que não se limitam às propriedades simples dos materiais. Ele leva a física ao entendimento da luz, do Sol e de outras estrelas, da história da Terra, do espaço e do tempo, e do Universo, no qual a Terra e o Sol viajam.
Mas antes disso, você precisa considerar mais algumas perguntas. Como sabemos que todos os materiais são compostos de moléculas? Historicamente, a resposta a essa pergunta foi obtida através de complexas cadeias lógicas e uma enorme variedade de experimentos científicos. Até recentemente, a existência de moléculas só podia ser adivinhada, não diretamente, mas de maneira convincente para falar com base em análises científicas astutas e experimentos químicos. Hoje podemos dar uma resposta mais direta - porque hoje podemos
"ver" a molécula . Nós os vemos através de microscópios, embora não sejam tipos tão clássicos que possam ser colocados em cima da mesa e olhados através das oculares. Estes são
microscópios de força atômica , e seu método de visualização é mais parecido com a leitura de Braille; mas eles cumprem sua tarefa. Eles permitem que os cientistas tirem fotografias de materiais, examinem sua estrutura em detalhes, confirmando as previsões anteriores feitas por sua conta. Eles até permitiram
resolver os enigmas anteriores de moléculas específicas. Novos métodos permitem verificar diretamente todos os argumentos indiretos. Não que nós duvidássemos deles, porque eles têm sido frequentemente utilizados com sucesso na previsão dos resultados de reações químicas e no desenvolvimento e criação de novos materiais! No entanto, é bom saber que essa discussão não é abstrata: as moléculas realmente existem e, com a ajuda das tecnologias modernas, podemos detectá-las diretamente.
No próximo artigo, consideraremos os átomos, do que eles são feitos e como as moléculas são feitas a partir deles.