Na verdade tudo o que temos conhecimento é a consciência de nossas percepções, que podem nos enganar e, como disse Shakespeare, “somos feitos da matéria de nossos sonhos”. Não há garantia absoluta de que exista um mundo real fora de nossa mente e nem outras mentes. Todavia há indícios fortes o bastante para que possamos abraçar a crença na realidade do mundo exterior. Bertrand Russell, em sua obra “Nosso conhecimento do mundo exterior”, trata do tema. Tudo o que nossa mente percebe do mundo exterior lhe é comunicada pelos sentidos (que não são só cinco) e estes são excitados por mensageiros físicos que, em última instância, são fótons, não apenas no caso da visão, mas mesmo nos outros sentidos, pois um som e uma sensação tátil são comunicadas por pressão sobre o tímpano ou a pele e esta pressão é uma repulsão elétrica entre átomos que é mediada por variação de campo elétrico, que são fótons. Reações químicas responsáveis pelo olfato e o paladar também se dão por troca de elétrons entre átomos, causadas por forças elétricas, mediadas por fótons. E fótons são quantizações de campo eletromagnético, de modo que a mente se comunica com o mundo por meio de fenômenos quânticos. Como saber se algo que está sendo percebido é matéria ou apenas radiação ou campo. Como saber que há algo material no que se está vendo ou se é apenas uma imagem (ou um sonho ou uma alucinação, que geram imagens internamente, sem participação dos sentidos)? Como saber se o vento é material ou apenas um campo, já que campos elétricos, magnéticos ou gravitacionais parecem-se com um vento?
Simplesmente pelo cotejo entre diferentes tipos de sensações e pela coincidência do testemunho de sensações subjetivas de sujeitos diferentes. Em suma: a objetividade é um consenso entre subjetividades distintas. Mesmo assim é possível ser iludido, de modo que o ceticismo é sumamente prudente. Se vejo, toco, ouço, cheiro uma coisa e todas essas percepções são confirmadas por outras pessoas, posso crer estar perante um objeto material.

Todavia a coisa não é tão simples assim. Vento é matéria, mas não consigo vê-lo. Posso contudo ouví-lo e sentí-lo. E o ar parado? E um campo elétrico, magnético ou gravitacional? Não são matéria, mas podemos percebê-los claramente pela força que fazem. Eles possuem extensão espacial, intensidade e energia. Mas não possuem massa e logo nem peso. E os neutrinos, que são matéria e não possuem massa. Como saber sequer que existem? Esses casos precisam do auxílio de aparelhos detectores artificiais, já que nossos sentidos não os percebem, como não percebemos ultra-som (mas cachorros sim). Campos elétricos nos arrepiam os cabelos e os gravitacionais comprimem internamente nossos músculos, que assim os percebem (mas não somos capazes de os distinguir de um referencial acelerado, o que só instrumentos podem fazer). Campos magnéticos já são imperceptíveis para nós, mas não para aves migratórias. De certa forma o conceito de que matéria é o que possui extensão e massa, numa primeira aproximação, é satisfatório. Mas é preciso saber que tem coisas extensas que são naturais (físicas) e não são matéria, bem como matéria que não possui massa. Uma boa distinção é que a matéria se conserva e os campos e a radiação podem surgir e desaparecer. Mas há casos em que a matéria também pode se extinguir (quando reage com a antimatéria). Um atributo, contudo, permanece constante, que é o conteúdo de massa-energia (correlacionados por E=mc²).

É preciso que fique bem claro que matéria não é energia condensada. A equação de Einstein E=mc² não diz isto mas sim que, em uma reação nuclear, o valor da energia produzida, carreada na forma de energia cinética das partículas produtos da reação e como energia radiante dos fótons emanados, é igual ao deficit de massa entre os reagentes e os produtos. É uma equivalência entre “massa” e energia e não entre “matéria” e energia. Energia e massa são da categorias de grandezas que medem atributos das coisas, enquanto matéria, radiação e campo são da categoria de entidades constitutivas do Universo. Isto é, dizer que matéria é energia é o mesmo que dizer que objetos são preços.

Quanto à possibilidade de fótons serem materiais, este foi, exatamente, o tema de minha tese de mestrado, em 1979-1982, no CBPF, no Rio. Mostrei que a consideração de uma massa para o fóton, por meio de um acoplamento não mínimo da gravitação com o eletromagnetismo, produziria a detecção de um “eixo do Universo”, isto é, um momento angular não nulo para o Universo como um todo, derrubando a isotropia observada. A massa do fóton parece, pois, ser realmente nula. Além disto as partículas bosônicas, podendo surgir e desaparecer à vontade, não exibem a permanência para que sejam consideradas “matéria”, o que não é o caso dos neutrinos, mesmo que não tenham massa. Os bósons massivos elementares (não estou falando de compostos, como partículas alfa) só fazem parte da matéria enquanto no interior dos núcleos.

Um elétron, ou qualquer das partículas elementares, não “é” uma onda e nem uma partícula, na acepção clássica desses conceitos. (onda é uma perturbação que se propaga e partícula é um corpo de dimensões desprezíveis, possuindo localização e velocidades bem definidas). Elas são quantizações do campo da matéria que, dependendo da forma como são observadas em ocorrências de que participam, manifestam propriedades que são consideradas atributos de partículas ou de ondas. Esta dualidade é intrinseca a toda partícula elementar. A teoria das cordas as considera como laços vibrantes ou ainda, tubos fechados (toros, como uma câmara de ar de bicicleta) que vibram com vários possíveis modos de vibração que lhes dão características desta ou daquela partícula. Estas vibrações não ocorrem apenas nas três dimensões do espaço ordinário que percebemos, mas também em outras sete dimensões recurvadas extremamente pequenas, inacessíveis à observação ordinária. Tal teoria, mesmo que promissora, ainda é uma especulação, se bem que muita pesquisa esteja sendo feita sobre ela.

As partículas elementares que formam a matéria e a radiação realmente não são pontos matemáticos, como as partículas que se considera na mecânica clássica. Fótons, por exemplo, podem ter quilômetros de extensão. Elétrons, quando ligados ao núcleo de um átomo, podem ter o tamanho do próprio átomo (um décimo de bilhonésimo de metro), que, mesmo pequeno, é dez mil vezes maior (em diâmetro) do que um próton ou um núcleo. Um próton ou um nêutron tem uma dimensão da ordem de um centésimo de trilhonésimo de metro, o que não é zero.

A atração magnética não é matéria nem energia. É uma interação mediada por um campo eletromagnético. Certamente que, quando sob esta interação, os corpos envolvidos se moverem, haverá transferência de energia da forma potencial armazenada no campo para a forma cinética, do movimento dos corpos, ou mesmo térmica, se houver dissipação por atrito no movimento. Já o perfume é realmente devido à matéria, uma vez que são as moléculas aromáticas que sensibilizam as células olfativas da cavidade nasal. Mas o pensamento não é matéria. Se o fosse seria possível extraí-lo em uma seringa de um cérebro e colocá-lo em outro, que passaria a pensar a mesma coisa. O pensamento é uma “ocorrência”, um acontecimento que se dá na estrutura neurológica do cérebro, decorrente de impulsos de inversão de polaridade na membrana celular dos dendritos e axônios (por efeito de bombeamento de sódio, potássio e cálcio), bem como pelo salto sináptico, conduzido pelos neurotransmissores.

Certamente que as partículas que constituem a matéria (férmions: quarks e leptons) são condensações (quantizações) de um campo, da mesma forma que as mediadoras das interações (bosons: fotons, gluons, W, Z). Mas tais campos não se extendem além do volume da partícula, no caso da matéria e, dos bosons mensageiros, só o foton (e o hipotetico graviton) têm alcance ilimitado. Assim, por exemplo, as ondas de pressão produzidas pelo coração na corrente sanguínea não são ondas desses campos, mas sim ondas mecânicas de pressão hidrodinâmica. Outra coisa é que esses campos não são “campos de energia”, pois energia não é um componente substancial de nada e sim um atributo dos constituintes substanciais do Universo, que são os campos, a matéria e a radiação. A questão do holismo também precisa ser bem colocada, pois, de fato, não existe a emergência de propriedades de um todo de partes que não provenha de suas partes e da interação delas com o resto do Universo. Apenas que essa contribuição não é dada simplesmente pela “soma” das contribuições, mas envolve fatores não lineares, retroalimentações e reforços. O que se denomina “holismo” pode ser considerado como “reducionismo”, desde que entendido de modo não linear.

Já disse o que vém a ser matéria. Isto é tranquilo. Matéria é algo que possui extensão espacial (mas nem tudo que a possui é matéria, como os campos e a radiação), que possui inércia (massa de repouso), que exerce e sofre interação gravitacional (mas os campos e a radiação também o fazem). Mas o grande diferencial entre a matéria e os demais constituintes substanciais do Universo (campo e radiação) é a propriedade de conservação da matéria. Enquanto os campos (elétrico, magnético, da interação forte, da interação fraca e o gravitacional, nas formulações que o consideram) são passíveis de surgimento e aniquilação à vontade, a matéria é indestrutível, exceto quando aniquilada pela antimatéria (quando se transforma em radiação) e só surge aos pares partícula e antipartícula, por flutuações do campo do vácuo, quando a amplitude energética da flutuação for suficiente para formar as massas de repouso do par, pela equação E=mc². As partículas que assim se comportam e constituem a matéria são chamadas “férmions”, por obedecerem à distribuição estatística de energia de “Fermi-Dirac”, a qual obedece o “princípio de exclusão de Pauli”, que impede a existência de mais de uma partícula no mesmo estado em um sistema ligado. Eles possuem spin semi-inteiro e são os quarks, que formam os prótons e nêutrons e os léptons que são os elétrons, neutrinos, muons etc. Os campos e a radiação são formados por bósons, que obedecem a estatística de Bose-Einstein e têm spin inteiro, não tendo um princípio de exclusão. São os fótons (reais: ondas eletromagnéticas e virtuais: campos elétricos e magnéticos), os glúons, os grávitons, a Z e a W (da interação fraca).

Mais uma vez quero desfazer uma grande confusão de conceitos que ainda prevalece: Energia não é um constituinte do Universo. O Universo é feito de campo, matéria e radiação (além do espaço e do tempo que não são substanciais). Matéria e radiação são quantizações de campos, logo pode-se dizer que o Universo é feito de campo. Energia é um atributo desses constituintes, como outros, por exemplo, extensão, massa, carga elétrica, spin (momento angular), momentum (quantidade de movimento) etc. Energia não é uma “coisa”. É uma propriedade de certas coisas. É errado dizer que a equação E=mc² estabelece uma equivalência entre matéria e energia. Não é isto. Estabelece uma equivalência entre “massa” e energia. Massa também não é uma “coisa” e sim um atributo de coisas. Esses atributos possuem grandezas para quantificá-los (não confundir com “quantizá-los”) e essa equação estabelece a equivalência entre o total de energia que se pode obter pela redução da massa de um sistema e o valor dessa redução. A constante “c” é o valor da velocidade da luz no vácuo, mas, nesta equação, não está funcionando como uma velocidade e sim como uma “constante de proporcionalidade”.
E campo, o que é? É aquilo de que tudo na natureza é feito (isto é, sua substância). Ele não é feito de nada mais primitivo, mas se manifesta de forma diferente conforme é percebido, isto é, pode ser elétrico, magnético, forte, fraco, gravitacional, bosônico ou fermiônico. Quando a densidade de energia é muito grande, o campo é indiferenciado, mas, à medida que vai sendo reduzida, surgem as quantizações e as diferenciações do campo em partículas elementares, suas cargas, seus spins, e os campos específicos que delas emanam (elétrico, magnético etc).
O termo “energia escura” é extremamente inapropriado, pois não se trata de uma “energia”, mas de algo que possui energia, o que é inteiramente diferente, como confundir uma pessoa com o seu nome.

Quanto à incausalidade da radioatividade e do decaimento atômico, pode ser que se venha a descobrir uma causa para tais eventos, o que hoje não se conhece. Eles se mostram inteiramente fortuitos. A única informação que se tem é sobre a probabilidade de decaimento após certo tempo de estabelecimento das condições que lhe possibilitem (a excitação). O importante é entender que uma causa não é uma necessidade para a ocorrência de um evento, mas pode haver, no caso do evento ser um efeito.

Quanto à interação gravitacional, quer seja ela explicada como interação ou como manifestação da curvatura do espaço, em ambos os casos, os agentes determinantes da intensidade do fenômeno são o afastamento (pela rarefação do fluxo de campo com o aumento da distância, inversamente proporcional ao quadrado dela, no espaço euclideano) e o conteúdo substancial dos sistemas, isto é, matéria, campo e radiação. Todos exercem e sofrem efeitos gravitatórios em função do valor do conteúdo de massa e energia existente. Maiores temperaturas significam mais energia cinética translacional das partículas, logo maior efeito gravitacional (como também inercial). Mas, a qualquer temperatura, todo sistema possuirá, pelo menos, uma conteúdo de campo, e, quase sempre, de matéria, que conterão energia (potencial no campo e cinética na matéria) e massa (na matéria), logo atuarão ativa e passivamente na interação gravitacional (não há diferença no valor da carga (massa) gravitacional ativa (que exerce) e passiva (que sofre).

Antimatéria nada mais é do que matéria em que as partículas possuem suas cargas elétricas invertidas em relação à matéria ordinária, bem como as demais propriedades eletromagnéticas (momento de dipolo magnético e elétrico, por exemplo). No mais tudo é igual. Num lugar em que todas as partículas seja de antimatéria, ela será a matéria ordinária e a nossa matéria é que será antimatéria. Toda a estrutura atômica, iônica, molecular e macroscópica existente em nossa região de matéria pode haver da mesma forma com a antimatéria, inclusive a vida, a mente e a consciência.
O único problema (que mostra que, de fato, tudo é feito de campo), é que, havendo superposição de uma partícula de matéria com outra do mesmo tipo de antimatéria em algum lugar, elas se fundem, anulando as propriedades que lhes caracterizam e transformando-se em dois fótons (para a conservação do momentum) que carreiam a energia correspondente a suas massas de repouso (e outras energias que possuírem), desaparecendo como férmions. Interessante, não é? Isto também mostra que, fundamentalmente, os bósons são mais primitivos e os férmions, um resultado de algum acontecimento especial, que se supõe seja produzido pelo famoso “bóson de Higgs” que dá origem aos férmions.

Existe muita coisa física que não é matéria. Começando pelos constituintes substanciais do Universo, campo e radiação não são matéria e estão presentes em abundância muito maior que a matéria no Universo (cerca de um trilhão de fótons para cada próton ou nêutron). Além disso existe o espaço, o tempo, os eventos, as interações. Tudo isso é físico e não é matéria. Além dos constituintes físicos não materiais do Universo (já elencados em postagem anterior), há, no mundo, muita coisa que nem sequer é física (e, logo, também não material), como mencionado pelo Durval: os conceitos, as idéias, os valores, as abstrações, as normas, as estruturas sociais, as realidades culturais e econômicas e outras cuja existência depende da presença no mundo de mentes, mesmo que rudimentares. Por exemplo, os preços, as virtudes, os números, as figuras geométricas, as leis, as músicas, os clubes, as religiões. Mesmo uma grandeza física, como a energia, enquanto grandeza e não enquanto atributo, não é algo físico, mas uma abstração, um valor numérico que expressa o quanto de energia se tem em um sistema. O atributo energia é físico, mas o seu valor numérico não. Uma teoria física também não é uma coisa física. É um sistema abstrato de relações entre grandezas e de leis que elas obedecem. Na verdade, matéria é uma classe bem restrita de ocorrências da realidade. Há muito mais que não é matéria do que o seja. Certamente que toda realidade biológica é física. Quanto à realidade psicológica, o tema ainda é controverso, mas, no meu entendimento, todo o psiquismo é devido a ocorrências fisiológicas (e, pois, físicas) do organismo, especialmente do sistema nervoso e endócrino (mas não só). É claro que espíritos, se existirem, como deuses, anjos, demônios, gênios, almas etc., não seriam físicos e nem materiais, mas sobrenaturais, isto é, constituídos de algum tipo de substância etérea não material. Considero que tal tipo de coisa, simplesmente, não existe.

Energia NÃO É, de forma alguma, um dos constituintes do Universo. Energia NÃO É algo palpável. Energia é uma propriedade que os constituintes possuem, que os capacitam a realizar alguma ação. Não existe “energia” apenas. Existem sistemas físicos que possuem energia (ou não), nas modalidades potencial, cinética ou radiante (a energia térmica é uma potencial caótica e a sonora é mecânica (cinética e potencial)). A potencial é própria dos campos e a cinética da matéria. Além de energia, os constituintes do Universo podem ter várias propriedades, como carga elétrica, massa, momento angular (spin), momento linear, momento magnético, helicidade, estranheza, paridade, isospin e várias outras. Nenhuma delas existe por si mesma, apenas como atributos de algum sistema (subconjunto do Universo). Assim também o é a energia.
Nada leva à conclusão de que tudo é matéria. Pelo contrário, a matéria é uma parcela menor dos constituintes do Universo. A maior parte (74%) do conteúdo do Universo (medido pela quantidade de energia que possui, incluindo nisto a massa) está no campo responsável pela (impropriamente) denominada “Energia Escura”. Boa parte (22%) está na “Matéria Escura” e o resto no gás intergaláctico (3,6%) e nas galáxias (0,4%).
A Física absolutamente não trata apenas da matéria. Trata da dinâmica da geometria do espaço e do tempo (que não são materiais), da dinâmica das interações, dos campos, da radiação e dos fenômenos que se dão com a matéria (movimento e calor). Isto é só uma parte do assunto da Física, mas não toda ela. A noção de campo e suas quantizações é, atualmente, a área com maior volume de pesquisa em Física.

Mesmo sendo elucubrações mentais e mesmo que a mente seja uma ocorrência fisiológica, os conceitos e os valores não são materiais, como, aliás, a própria mente. Se um valor fosse material, a bondade, por exemplo, então seria uma substância que poderia ser injetada na veia, tornando uma pessoa bondosa. Um conceito, uma idéia, também não são algo material. São ocorrências. Este é o conceito chave. Ocorrência é algo que se dá em um sistema. Um acontecimento. No caso de um pensamento é um encadeamento de transmissões de sinais e registro disto. Um conceito é um pensamento a respeito do que seja alguma coisa. Normalmente ele é associado a um signo linguístico, além da imagem sensorial (visual, tátil, auditiva, olfativa, térmica, gustativa, cinestésica etc.). Quando é registrado na memória, tal registro é como uma instrução para recuperar e associar todas as imagens a ele relacionadas e as lembranças que evoca, inclusive de cunho emocional. A cada nova evocação do conceito, mais fatores podem ser associados ao registro de seu significado, enriquecendo-o. Além disso, ele pode ser elaborado pelo raciocínio, aprimorando seu contorno, suas analogias e suas oposições. Mas isto tudo, mesmo que se dê em função de eventos sofridos por entes materiais (os neurônios e a glia), não é material, da mesma forma que uma queda, um aquecimento, uma deformação, a combustão ou qualquer outro fenômeno sofrido por um corpo material não é matéria.

O mistério da gravidade não é maior do que o da força de uma cordinha ou da força de contato, em geral. Esta é uma repulsão eletrostática entre os elétrons dos átomos da superfície dos corpos que se “tocam”. Na verdade, ao empurrar algo com a mão, os átomos desta não se encostam nos átomos do que está sendo empurrado. Apenas chegam muito perto e repelem, à distância. Só há contato quando os átomos reagem quimicamente, passando a compor uma molécula abrangendo ambos. Mesmo uma faca que corte um queijo não encosta nele (mesmo que a separação seja da ordem do tamanho de um átomo). Todas as forças da natureza são aplicadas por um campo. Então o mistério da gravidade é o mesmo da eletricidade, do magnetismo, das forças nucleares, da força de contato, do atrito. Todas se dão à distância, mediadas pelos campos que se estabelecem no espaço entre os corpos. No caso da gravidade, contudo, pode ser que esse conceito de campo não vigore e que a ação gravitacional das massas (e da energia) seja fornecida por um encurvamento do espaço-tempo, que faz com que a trajetória do movimento seja uma geodésica nesse espaço-tempo (geodésica é a curva mais curta ou mais longa entre dois pontos – por exemplo, na superfície da Terra uma geodésica é um arco de círculo centrado no centro da Terra). Assim o movimento sob a gravidade é um movimento inercial (sem força). O que aparenta ser uma força é porque sempre tem-se a impressão de se estar no espaço euclideano, como acontece na incidência da luz no olho, que supõe que ela tenha vindo retilineamente até ele, mesmo quando não é assim, por refração ou pela gravidade. Daí a formação de “imagens”. A aceleração gravitacional é uma espécie de “imagem” do movimento inercial no espaço-tempo curvo, quando visto de um ponto de vista euclideano.

Na Relatividade Geral a curvatura do espaço-tempo depende do quantidade de massa, energia e momentum que possui o conteúdo da região considerada. Curvatura, massa, energia e momentum não são entidades constitutivas do espaço, tempo e do conteúdo do Universo. São atributos dessas entidades, quantificados por grandezas que se relacionam por meio da “Equação de Einstein”: Rab – (1/2)Rgab = 8(pi)GTab/c^4, em que Rab é a o tensor de curvatura, R o escalar de curvatura, gab o tensor métrico e Tab o tensor momentum-energia. Juntamente com o conceito de geodésica, esta equação descreve a dinâmica da gravidade e mostra que sua intensidade depende da quantidade de massa, energia e momentum. Mas isto, de forma nenhuma, equivale a dizer que energia é uma entidade constitutiva do Universo, do mesmo modo que carga elétrica, massa ou spin. Tais atributos não existem por si mesmos, mas apenas são possuidos por algum componente do Universo (Campo, matéria e radiação). Não existe “Campo de Energia” mas sim “Energia de um Campo”.

O fato da intensidade da interação gravitacional entre massas ser proporcional ao produto das massas não implica em ser a gravidade infinita (em intensidade). Seu alcance, contudo é ilimitado e um único elétron, de fato, exerce força gravitacional sobre todas as outras partículas existentes no Universo. Mas isto não significa que existam infinitas linhas de campo gravitacional emanando do elétron, pois tais linhas são meramente uma representação do campo, sendo colocadas no número que se desejar. A grandeza física relevante no caso é o “fluxo de campo”, que é o produto da intensidade do campo pelo elemento de área que lhe é perpendicular. Integrando-se tal fluxo sobre uma superfície fechada que contenha alguma massa em seu interior, o fluxo total é proporcional a essa massa (Lei de Gauss). O fluxo é uma medida da “quantidade de campo” emanado por uma massa, como o fluxo luminoso mede a “quantidade de luz”. Outras grandezas relacionadas ao campo são sua intensidade (correspondente à aceleração devida à gravidade), seu gradiente e o potencial gravitacional. Na descrição relativística, o potencial está ligado à métrica do espaço-tempo, enquanto o gradiente do campo está relacionado à curvatura do espaço-tempo (gradiente é a variação espacial da intensidade do campo). Uma coisa interessante é que não existe, na natureza, campo gravitacional uniforme, portanto há sempre gradiente. O gradiente, que varia com o inverso do cubo da distância, é o responsável pela “força de maré”, que é a maneira de se distinguir um campo gravitacional genuíno de um referencial acelerado, já que o valor da intensidade em um ponto pode ser simulado pela aceleração do referencial, mas não o gradiente. A variação temporal e espacial do campo dá origem às “ondas gravitacionais”, cuja quantização é o “graviton”, ainda não detectado. Sugiro consultar, em uma biblioteca, o livro “Gravitation and Spacetime” de Ohanian, em nível de graduação (bastam as quatro físicas gerais)

Considerando ser o campo de uma massa puntiforme m a uma distância r igual a Gm/r² e, a esta distância, ele se espraiar pela área de uma esfera de raio r, igual a 4(pi)r², sendo o fluxo o produto disto, ele vale, 4(pi)Gm. Tal fato pode ser extendido sem dificuldade a qualquer área fechada, mesmo não esférica, dando o mesmo fluxo para a mesma massa dentro da área. A intensidade do campo é a densidade areal do fluxo. O potencial é sua antiderivada (primitiva ou integral indefinida), igual a -Gm/r (para massa puntiforme) e o gradiente é sua derivada, igual a -Gm/r³.