A lei da conservação da massa — Todd Ramsey

Lição completa em: http://ed.ted.com/lessons/the-law-of-conservation-of-mass-todd-ramsey

No nosso universo tudo tem massa — do mais pequeno átomo à maior estrela. Mas a quantidade de massa tem-se mantido constante ao longo da existência mesmo durante o nascimento e a morte de estrelas, de planetas e de nós todos. Como pode o universo crescer mantendo a sua massa? Todd Ramsey responde a esta questão desvendando a lei da conservação da massa.

Lição de Todd Ramsey, animação de Vegso/Banyai.

De onde vem tudo isto?

Esta pedra?

Esta vaca?

O seu coração?

Não as coisas em si, repare,
mas aquilo de que são feitas:

os átomos que são a estrutura de tudo.

Para responder a esta questão, olhamos
para a lei da conservação da massa.

Esta lei diz que consideremos
um sistema isolado,

definido por uma fronteira que a matéria
e a energia não podem atravessar.

Dentro deste sistema, a massa,
ou seja a matéria e a energia,

não podem ser criadas ou destruídas.

O universo, tanto quanto sabemos,

é um sistema isolado.

Antes de pensarmos nisso, vamos ver
um sistema muito mais pequeno e simples.

Aqui temos 6 átomos de carbono,
12 de hidrogénio

e 18 de oxigénio.

Com alguma energia, as nossas moléculas
podem começar a mover-se.

Estes átomos podem ligar-se para
formar moléculas familiares.

Aqui temos a água.

E aqui temos o dióxido de carbono.

Não conseguimos criar ou destruir massa.

O que podemos fazer, se estamos
limitados ao que temos?

Têm vontade própria.

Vejamos. Formaram mais dióxido
de carbono e água, seis de cada.

Juntem alguma energia e conseguimos que
se misturem para formar um açúcar simples

e algum oxigénio.

Os átomos estão todos contabilizados: 6 de
carbono, 12 de hidrogénio, 18 de oxigénio.

A energia aplicada está armazenada nas
ligações entre os átomos.

Podemos voltar a libertar essa energia

decompondo esse açúcar em água
e dióxido de carbono,

e, no entanto, são os mesmos átomos.

Coloquemos alguns dos átomos de lado e
tentemos algo um pouco mais explosivo.

Isto é metano, comumente associado
à flatulência das vacas,

mas usado também como
combustível de foguetões.

Se juntarmos algum oxigénio
e mais um pouco de energia,

como a que obtemos ao acender um fósforo,

entra em combustão, resultando dióxido de
carbono, água e mais alguma energia.

Reparem que o nosso metano
começou com quatro hidrogénios,

e no final ainda temos quatro hidrogénios
capturados em duas moléculas de água.

Para um grande final, aqui está o propano,
outro gás combustível.

Adicionamos oxigénio,
inflamamo-lo e "boom".

Mais água e dióxido de carbono.

Desta vez obtemos três CO2s

porque a molécula de propano começou
com três átomos de carbono

que não têm para onde ir.

Há outras reações que podemos modelar
com este pequeno conjunto de átomos,

e a lei da conservação da massa
mantém-se sempre válida.

A matéria e a energia, no início
de qualquer reação química,

estão presentes e contabilizadas
quando a reação está completa.

Se a massa não pode ser
criada ou destruída,

de onde vêm estes átomos?

Vamos retroceder o relógio e ver.

Mais, mais, demasiado.

Ok, aqui está.

O "Big Bang".

O nosso hidrogénio formou-se de uma sopa
de partículas de alta energia

nos três minutos que se seguiram
ao nascimento do nosso universo.

Por fim, grupos de átomos
acumularam-se e formaram estrelas.

Dentro destas estrelas, as reações
nucleares fundiram os elementos leves,

como o hidrogénio e o hélio,

para formar elementos mais pesados,
como o carbono e o oxigénio.

À primeira vista, pode parecer que
estas reações desobedecem à lei

por libertarem uma quantidade
incrível de energia,

aparentemente vinda de nenhum lado.

No entanto, graças à famosa
equação de Einstein,

sabemos que a energia
é equivalente à massa.

Acontece que a massa total
dos átomos iniciais

é ligeiramente superior
à massa dos produtos

e essa perda de massa corresponde
perfeitamente ao ganho de energia

que irradia da estrela como luz,
calor e partículas energéticas.

Por fim, esta estrela
tornou-se uma supernova

e espalhou os seus elementos pelo espaço.

Resumindo, eles encontraram-se
com átomos de outras supernovas

e formaram a Terra.

e 4600 milhões de anos depois
eles desempenharam o seu papel

no nosso pequeno sistema isolado.

Mas não são tão interessantes como
os átomos que se uniram para nos formar,

ou aquela vaca,

ou esta pedra.

É por isso que, como Carl Sagan
nos disse, numa frase famosa,

somos todos feitos
de matéria das estrelas.