Os degraus da régua
O metro é a unidade-base de comprimento. Um milímetro é a milésima parte de um metro. Um micrômetro, símbolo µm, é a milésima parte de um milímetro, ou a milionésima parte de um metro. Um nanômetro, símbolo nm, é a milésima parte de um micrômetro.
Na prática, são dois degraus de mil: do milímetro ao micrômetro e do micrômetro ao nanômetro. Existe ainda o angstrom, equivalente a um décimo de nanômetro, usado com frequência para falar de átomos e ligações químicas. Os prefixos fazem parte do Sistema Internacional de Unidades, adotado em todo o mundo científico.
Para escrever números muito pequenos, cientistas usam potências de dez. Um micrômetro é 10 elevado a menos 6 metro, e um nanômetro é 10 elevado a menos 9 metro. A cada expoente, o tamanho muda por um fator de dez.
Uma viagem de mil em mil
Imagine uma sequência de ampliações de mil vezes. No primeiro degrau, o milímetro, estão pequenos insetos. No segundo, o micrômetro, estão células e bactérias. No terceiro, o nanômetro, estão vírus e moléculas.
Cada mudança de unidade corresponde a uma troca de personagem: sai o que se vê a olho nu, entra o que só instrumentos revelam. As faixas se sobrepõem, e os exemplos são referências, não fronteiras.
O limite do olho nu
O olho humano distingue dois pontos separados quando eles estão a uma distância da ordem de décimos de milímetro, em boas condições de luz. Abaixo disso, os pontos se fundem em um só. É por isso que uma célula comum não pode ser vista sem aumento: a maioria é menor que esse limite.
Uma exceção de tamanho notável é a célula-ovo humana, que mede cerca de um décimo de milímetro e está no limite da visibilidade. Já os fios de cabelo têm espessura da ordem de dezenas de micrômetros, e a medida varia bastante entre pessoas.
Esse limite depende da pessoa, da iluminação e do contraste. Um ponto escuro isolado em fundo claro pode ser percebido mesmo quando é menor que o limite de separação, e por isso uma poeira muito fina é vista como um pontinho, sem forma.
Células, bactérias, vírus e moléculas
As células de animais e plantas costumam medir da ordem de dezenas de micrômetros. Os glóbulos vermelhos humanos têm cerca de 7 micrômetros de diâmetro. As bactérias, em geral, ficam entre cerca de 1 e alguns micrômetros de comprimento, embora haja espécies maiores e menores.
Os vírus são bem menores, com tamanhos que vão de dezenas a algumas centenas de nanômetros, conforme o tipo. A molécula de DNA, em dupla hélice, tem espessura de cerca de 2 nanômetros, e os átomos têm tamanhos da ordem de décimos de nanômetro. Esses tamanhos são médias de referência, e há variação entre espécies e tipos celulares.
Comparações ajudam. Uma bactéria de 1 micrômetro cabe mil vezes em um milímetro. Um vírus de 100 nanômetros cabe dez vezes em um micrômetro, ou dez mil vezes em um milímetro.
O que o microscópio óptico alcança
O microscópio óptico usa luz visível e tem um limite físico de resolução, que é a capacidade de distinguir dois pontos próximos. Esse limite, descrito pelo físico alemão Ernst Abbe no século XIX, fica em torno de 200 nanômetros em condições ideais, ou seja, aproximadamente metade do comprimento de onda da luz.
Na prática, isso permite ver células, bactérias, o núcleo e algumas organelas maiores, como cloroplastos e mitocôndrias, embora sem detalhe interno. Já os vírus individuais e a estrutura de moléculas ficam fora do alcance desse tipo de aparelho.
Na prática, a resolução também depende da lente objetiva, medida pela abertura numérica, e da cor da luz. Lentes de maior abertura e luz de comprimento de onda menor distinguem detalhes mais finos. Por isso o limite de 200 nanômetros é o melhor caso possível, e microscópios de uso escolar costumam ficar aquém dele.
Além do limite da luz
O microscópio eletrônico usa feixes de elétrons, que se comportam como ondas de comprimento muito menor que o da luz visível. Com isso, consegue mostrar detalhes de vírus e de estruturas dentro das células, em escalas bem menores que as do microscópio óptico.
A microscopia de super-resolução, reconhecida pelo Nobel de Química de 2014, contornou o limite clássico com técnicas de fluorescência. Isso mostra que o limite de Abbe vale para o modo tradicional de obter imagens, e não impede, por si só, métodos criativos de ultrapassá-lo.
A escolha do instrumento depende da pergunta. Para ver uma célula viva se movendo, o microscópio óptico é a ferramenta natural. Para ver a forma de um vírus, é preciso o eletrônico, e as amostras em geral não permanecem vivas durante a observação. Cada técnica troca algo por algo.
Por que imaginar escalas é difícil
Uma ideia comum na educação científica é que o cérebro tem dificuldade com escalas muito distantes da experiência cotidiana. Comparar tamanhos em fatores de mil e de um milhão não é intuitivo, e analogias, como imaginar uma célula do tamanho de uma sala, ajudam, mas podem enganar.
Essa explicação é considerada plausível, mas é uma hipótese sobre aprendizagem, e não um fato medido da mesma forma que um diâmetro de célula. Por isso, o recomendável é usar a régua do diagrama, que mantém os tamanhos lado a lado, em vez de depender apenas de metáforas.