Vacùo Quántico

iPARTÍCULAS VIRTUAIS que povoam vácuo quântico podem
materializar-se em torno de buracos negros graças à energia
fornecida por esses corpos, num processo de evaporação

32

SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL

AGOSTO 2003

O VÁCUO QUÂNTICO
cheio de surpresas
Por George Emanuel A. Matsas e Daniel A. Turolla Vanzella

A ciência moderna nos descortinou uma realidade que
imita e supera aficção. Nada é mais emblemático dessa
extraordinária riqueza do que a complexidade observada
no mais simples dos estados da natureza: o vácuo
POUCA COISA PARECE MAIS PERTURBADORA DO QUE O CONCEITO DE VAZIO. Os gregos
mostraram-se tão avessos à idéia do nada que foram incapazes de conceber o zero.
Em oposição à idéia de vácuo, inventaram um conceito complementar, o de éter ou
quinta-essência, umelemento sutil que permearia irrestritamente todo o cosmos.
Este conceito ganhou status científico na era moderna quando (entre outras coisas)
foi considerado, pelo físico-matemático inglês Isaac Newton (1642-1727), o responsável último pela origem da força gravitacional. Dois séculos mais tarde, o físicomatemático escocês James Maxwell (1831-1879) conferiu ao éter outra característica: a de ser omeio onde as ondas eletromagnéticas se propagariam. Nunca a ciência
havia se comprometido tanto por nada (ou melhor, por oposição a ele). Mas tudo
mudou quando experimentos conduzidos no final do século 19 pelo físico germanoamericano Albert Michelson (1852-1931) e pelo químico norte-americano Edward
Morley (1838-1923) falharam em detectar o éter. Com isso, seu reinado chegava ao
fim e oséculo 20 precisou encarar o fato de que o nada existe.
O vácuo é comumente associado ao estado que emerge quando se exclui toda a matéria de uma dada região. Mas sendo o vácuo o estado de mínima energia, além de extrair
as partículas de matéria, devemos remover também as partículas de radiação. Os fótons,
por exemplo, que são pacotes de luz associados às ondas eletromagnéticas, podem sereliminados, em princípio, baixando-se a temperatura até o zero absoluto (aproximadamente -273,15 0C). Mas o que restaria então depois de se extraírem todas as partículas
de matéria e radiação de uma dada região, levando-a ao mais perfeito vácuo?
A resposta está na mecânica quântica, que veio substituir a mecânica clássica na análise de fenômenos microscópicos. Segundo essa teoria, o vácuo é povoado poruma legião de partículas, denominadas virtuais, que não podem ser removidas. Além disso, elas
surgem e se aniquilam aos pares tão rapidamente que sua detecção direta é impossível.
Isso porque, segundo a mecânica quântica, para que uma partícula seja observada, ela
deve existir pelo menos por um certo intervalo de tempo mínimo (inversamente proporcional à sua energia), o que não é obedecido pelasfugazes partículas virtuais.
WWW.SCIAM.COM.BR

SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL

33

Surge então a questão: se as partículas virtuais não são diretamente observáveis, por que deveríamos nos preocupar com elas? A resposta é simples: porque seus “efeitos colaterais” podem ser
observados. As partículas virtuais, apesar de não excitarem detectores de partículas, são capazes, entre outras coisas,de conferir ao vácuo uma energia não
nula, também denominada energia de
ponto zero, com conseqüências bem
reais. O nada importa.
Talvez o exemplo mais paradigmático disso seja o assim chamado efeito Casimir. Observemos duas placas metálicas
paralelas, eletricamente neutras e com
massas desprezíveis. O que se verifica é
que, ainda que classicamente não haja
motivo algum para tal, elas,surpreendentemente, se atraem. Este efeito, previsto
pelo físico holandês Hendrik Casimir
(1909-2000) em 1948, foi recentemente
confirmado em laboratório com mais de
95% de precisão. A origem do fenômeno
está no fato de parte dos fótons virtuais ser
suprimida pela presença das placas metálicas, levando a uma diminuição da energia do vácuo e, conseqüentemente, ao aparecimento de uma força...