Física Moderna

Por Luiz Bruno Vianna
Física Clássica

Isaac Newton e Galileu Galilei estabeleceram as bases para o estudo da Física. Eles demosntraram que a verdade deve ser alcançada através da lógica e de experiências controladas e não somente através do pensamento como acreditavam os gregos e romanos da antiguidade. Quando Newton formulou a suas teorias estava estabelecendo um programa para a Ciência: Determinar as forças que regem o universo e as suas leis.

Dúvidas

Na época de Newton e após as suas teorias predominava a idéia mecanicista: o universo funcionava de maneira organizada e previsível, como uma máquina. Se alguma inteligência pudesse conhecer a posição e a velocidade de todos os corpos e estivesse informada sobre as forças que agem neles, seria capaz de determinar o passado e futuro de qualquer objeto.

Porém alguns fatos começaram a abalar a simplicidade e previsibilidade destes pensamentos. Alguns surgiram com o estudo da luz. Afinal o que seria a luz? As experiências começaram a mostrar que hora ela se comportava como partícula, hora como onda. Qual a velocidade da luz? Porque essa velocidade é sempre constante?

Outras questões surgiram com o estudo da eletricidade e de outras áreas. Qual a origem deste fenômeno que tem carga positiva ou negativa? E quanto ao magnetismo? De onde vem? Como explicar as reações químicas ou o calor do sol? Algumas dessas questões possuiam respostas e outras só levavam a novas perguntas.

Enquanto isso a matématica desenvolveu novas ferramentas. Avançou o estudo da probablilidade. O estudo da geometria levava a imaginar o espaço de maneira inteiramente nova enquanto certas teorias eram extremamente difíceis de imaginar.

Soluções

Numa época em que a ciência mergulhava em profunda crise e as mentes mais talentosas do mundo duvidavam de suas próprias convicções, um jovem funcionário de uma biblioteca suiça publica várias teorias. Em uma delas explica o Movimento Browniano, a misteriosa trajetória de partículas (pólem, por exemplo) sobre a água parada. Em outra, mostra como ocorre o efeito fotoelétrico, a geração de eletricidade a partir da luz, que varia conforme a sua frequência. Lança também a Teoria da Relatividade, segundo a qual o tempo e o espaço dependem do referencial em que o objeto é observado. O Jovem se chamava Albert Einstein, recém-formado na Escola Politécnica de Zurich. Pouco antes, Max Planck havia solucionado o problema da radiação do corpo negro.

Um corpo que não reflete luz emite radiação de acordo com sua temperatura. Porém essa radiação não variava conforme previam as teorias clássicas. Para explicar essa contradição, Planck supôs que a energia era emitida de maneira quantizada, quer dizer, em quantidades bem definidas, como se fossem pequenos pacotes de energia.

Revolução

As teorias do início do século tiveram grande impacto sobre o desenvolvimento da Física. A partir delas, chegamos a diversas outras conclusões que revolucionaram a Ciência e cujo impacto experiementamos até hoje no desenvolvimento do eletrônica, das telecomunicações, na medicina e em muitas outras áreas. O estudo dessas teorias e suas consequências denominamos Fisica Moderna.

Entre os resultados obtidos com o estudo da Fisica Moderna temos:

Matéria e Energia são equivalentes

A matéria pode ser considereda uma grande quantidade de energia organizada. Algumas das provas de que isso é verdade são as usinas nucleares e as bombas atômicas que utilizam a energia contida em pequenas quantidades de matéria. A fórmula proposta por Einstein que demonstra essa equivalência é:

E = mc²

Onde:

  • E = Energia
  • m = Massa
  • c = Velocidade da Luz

Tempo e Espaço dependem do referencial

As medidas de tempo e espaço não são iguais para todos. Se um observador move-se em velocidade próxima a da luz, o tempo se dilata e o espaço se comprime em relação a um outro observador em repouso. Hoje em dia satélites do sistema GPS possuem correção dos seus relógios devido aos efeitos da relatividade.

A Mecânica Quântica

Se a energia se propaga de maneira quantizada, a matéria e energia são equivalentes e o tempo-espaço é relativo as teorias de Newton deixam de ser aplicáveis a muitos fenômenos, principalmente em corpos muito pequenos como átomos e moléculas. A partir daí surge a Mecânica Quantica para estudar alguns destes casos.

O pricípio da Incerteza de Heisenberg

No estudo da Mecânica Quantica descobre-se que quanto maior a precisão para definir a velocidade de uma partícula, menor será a precisão para identificar sua posição e vice-versa. Isso não se deve a erros de medição: é uma lei da natureza. Este é, de maneira simplificada, o princípio da incerteza de Heisenberg.

Atualmente

O maior desafio da Física Moderna é formular teorias que reunam a Mecânica Quântica e a Relatividade de Einstein, formando uma espécie de "Teoria do Tudo" criando a base para entender todos os fenômenos do Universo.

Fontes:
http://www.ufsm.br/gef/Moderna00.htm