Um átomo é um elemento fundamental da matéria. Vemos uma imagem do átomo em livros e poderá ter desenhado o átomo durante os seus anos de escola. Será que um átomo se parece assim tão redondo?
A Imagem Real de um Átomo
Somos um ser que quer visualizar tudo. Queremos ver a luz em termos de raios ou mesmo quantidades abstractas como o amor em termos de comportamentos. Talvez a visualização assegure a existência de algo no meu ponto de vista. Sim, a própria essência da existência de algo é a sua visualização.
É por isso que os conceitos de átomos foram descartados até Albert Einstein deixar as pessoas visualizarem os átomos através da interpretação estatística do movimento browniano. Viola! Há um átomo, ele existe matematicamente. Mas, a imagem real do átomo permaneceu obscura devido à sua natureza em miniatura. Agora, as coisas são diferentes.
Como é um átomo?
Atoms are things what makes up every matter. Portanto, de certa forma, vê-se átomos. É o que tudo é, também é um pedaço de átomos, não é? Mas já se interrogou sobre a imagem do átomo, uma imagem individual?
Um átomo tem cerca de 10-100 mil milhões de metros. Portanto, visualizar um átomo individual é uma tarefa algo difícil, não impossível como a tecnologia moderna tem insinuado. Apesar desta natureza em miniatura, o desenvolvimento do microscópio electrónico tornou agora os cientistas capazes de realmente tirar fotografias de um átomo. Pode encontrar aqui uma imagem de um átomo, uma única e isolada.
Os átomos são objectos pontuais. Um ponto sobre um papel é aproximadamente circular e, no espaço tridimensional, é uma esfera. Assim, de certa forma, é costume pensar num átomo como esférico.
Também, se tiver um microscópio de muito alta resolução, que pode distinguir um objecto separado por quase centenas de milionésimas fracções de metro, pode apenas ver um ponto, uma esfera. Talvez no futuro possamos ver com muito mais detalhe, mas por agora, é apenas esférico. A melhor fotografia de um átomo é matemática.
Is Atom a Perfect Sphere Then?
A fotografia que tirámos até agora mostra que são esféricas. Mesmo desde o início do nível escolar, foi-nos ensinado que os átomos são esféricos, cada demonstração continha uma bola de bilhar esférica como objectos como átomos. Mas, esta fotografia esférica está correcta?
Em certas aproximações, esta fotografia do átomo está correcta. Pode haver distorções e podemos ignorá-las para tornar as coisas fáceis. As nuvens de electrões giram em torno de um potencial criado por núcleo com uma certa energia discreta, dando-nos uma visão esférica.
Hurdles in Visualization
O tamanho de um átomo é extremamente pequeno. Por isso, há várias dificuldades em imaginá-lo. A luz visível comum tem um comprimento de onda muito superior ao tamanho atómico, pelo que não pode ser usada para ver átomos. Tal luz pode ser difratada e não se forma uma imagem clara. Contudo, os electrões podem ter um comprimento de onda 100.000 vezes menor do que a luz visível, pelo que podem ter melhor poder de resolução.
O microscópio electrónico também pode ser usado para ver átomos mas, mesmo assim, tem uma resolução limitada. Podemos ver apenas a imagem esférica de um átomo, como discutimos acima. E, um microscópio com melhor resolução do que um microscópio electrónico ainda não foi desenvolvido.
O tamanho do mundo atómico não é apenas a razão que torna difícil a sua visualização, a sua estranheza torna as coisas até complexas. Os electrões de um átomo comportam-se tanto como uma onda como uma partícula e há incerteza, a incerteza de Heisenberg. Assim, ver átomos como vemos objectos na vida real é completamente absurdo. Há apenas uma imagem verdadeira do átomo e a sua imagem matemática.
A Imagem Real de um Átomo
Os átomos são realmente invisíveis para nós. Luz visível, a luz que vemos não pode resolver a imagem de um átomo. Portanto, a imagem real de um átomo é matemática. A matemática é a única coisa sentida pelos físicos e uma imagem matemática é a verdadeira imagem do átomo.
De acordo com ela, os electrões estão em torno do núcleo, cada um num estado fixo, representado por uma função matemática chamada função de onda. Não só os electrões, mas todas as partículas quânticas podem ser representadas por uma função de onda. A função de onda tem toda a informação sobre a partícula e se quisermos medir quaisquer valores a ela associados, utilizamos um operador associado a ela.
Simplesmente, as partículas no núcleo, neutrões e prótons também podem ser representadas por tais funções de estado. Finalmente, a única coisa que precisamos é do valor matemático de diferentes quantidades que estão associadas a uma partícula, que podem ser obtidas a partir dessas funções. Se conseguirmos calculá-las com maior precisão, a resolução é maior. É este o aspecto de uma imagem de um átomo, basta calcular, afinal, ver também é um acto de medição.