Limites da Física Clássica

Mestre em Oceanografia Física (USP, 2019)
Graduada em Física (UFABC, 2016)

Ouça este artigo:

A Física é ciência que estuda os fenômenos que nos cercam. Para isso, são criadas leis e teorias, baseadas em experimentos, cujo objetivo final é juntar todas essas teorias com o intuito de explicar o Universo. Porém, nem sempre isso é possível, sendo necessária a criação de novas teorias, às vezes abandonando as antigas, o que originou a divisão da Física em Física Clássica e Física Moderna. Vejamos como isso se deu.

Física Clássica

Do ponto de vista histórico, dizemos que a física clássica compreende pesquisas e teorias desenvolvidas antes do século XX. Do ponto de vista conceitual, dizemos que ela engloba, principalmente, a Mecânica, Óptica e o Eletromagnetismo, onde, as principais características eram: determinismo (estados do sistema podem ser determinados), separabilidade (corpos podem ser subdivido, apresentando características independentes do total), localidade (velocidade finita e atenuação de forças), linearidade dos efeitos fundamentais e ontologia (partículas e/ou campos com propriedades correlacionáveis com o auxílio de suas leis teóricas).

Seu maior destaque está na Mecânica Newtoniana, criada por Isaac Newton, que mostrou matematicamente que os corpos terrestres e celestes obedecem às mesmas leis de movimento, o que causou mudanças filosóficas e religiosas na época. Isso, a princípio, pode não parecer ter muita importância, porém, quando um cientista consegue unificar teorias separadas, ele consegue descrever um número maior de fenômenos com menos hipóteses e também prever fenômenos futuros.

Física Moderna

Historicamente a física moderna engloba pesquisas e teorias desenvolvidas a partido do século XX. Do ponto de vista conceitual ela compreende Física Quântica, Teoria da Relatividade e Física Nuclear. Diferente da física clássica, na física moderna, as partículas atingem altas velocidades (próximas a velocidade da luz), também temos a dualidade onda partícula e incerteza, entre outras coisas.

A Física Moderna surge com a Mecânica Quântica, em 1900, quando Max Plack, teoriza que a energia se propaga em pacotes chamados quanta. Em seguida, em 1905, Albert Einstein, formula sua Teoria da Relatividade Restrita, e em 1915, apresenta a Teoria da Relatividade Geral. Em 1924, Louis-Victor de Broglie, propõe a dualidade partícula onda e em 1924, Werner Heisenberg apresenta o Princípio de Incerteza. A partir daí outras teorias foram surgindo e surgem a te hoje (ex. Supersimetria, Cordas e Gravitação, etc.).

Fronteiras da Física Clássica

Nesse momento você pode estar se perguntando: “Mas como ocorreu essa transição entre a Física Clássica e a Física Moderna?” E eu te respondo, ela não ocorreu de maneira linear! Na verdade isso ocorre a partir dos chamados problemas de fronteiras, problemas que os físicos tentavam resolver, muitas vezes tentando unificar as teorias vigentes, e que não se solucionavam com o aparato teórico existente, causando a necessidade de criação e/ou aprimoramento das teorias vigentes.

A Figura acima ilustra a tentativa de unificação das teorias vigentes pela Física Clássica e os Problemas de Fronteira que apareceram e que originaram a chamada Física Moderna. Vejamos um pouco sobre esses problemas e as implicações teóricas que cada um deles originou.

Movimento Browniano

O Movimento Browniano é o movimento aleatório de partículas num fluido (gás ou líquido). Apesar dos físicos da época suspeitarem que isso fosse causado pelo movimento térmico das partículas, não havia base teórica para explicar isso. Essa base teórica só viria através de Maxwell e Boltzman, e uma explicação final ocorreu na Tese de Doutorado de Einstein. Esse problema encontrava-se na fronteira entre a Mecânica e a Termodinâmica e veio a ser um ponto de partida da moderna Mecânica Estatística.

Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento

Depois que Maxwell formulou as leis da eletrodinâmica os cientistas novamente se questionaram, dessa vez foi se os Princípios da Relatividade valeria para essa nova teoria? Isso causou a necessidade de modificar os Princípios da Relatividade. Para isso, foi necessário abandonar as noções clássicas sobre o espaço e tempo, mantendo o princípio da Relatividade e as leis de Maxwell. Esse problema está na fronteira entre a mecânica e o eletromagnetismo e dele desenvolveu-se a Teoria da Relatividade

Radiação Térmica

Ao observarem o espectro de radiância espectral do corpo negro, os cientistas perceberam que, quando tentavam explicar os resultados a partir das teorias da física clássica, eles estavam de acordo (teoria + experimentos) para grandes comprimentos de onda, porém, quando os comprimentos de onda eram menores, ocorria grande discordância entre a teoria e a experimento, o que ficou conhecido como catástrofe do ultravioleta. Isso só foi resolvido em 1990, quando que Max Planck deduziu uma nova equação para todo o espectro, que levava em conta a energia de um fóton. Esse problema está na fronteira entre a Termodinâmica e a Teoria da Radiação do Eletromagnetismo, originando a chamada Mecânica Quântica.

Referências:

CHIBENI, Silvio Seno. Características Conceituais Básicas da Física Clássica. Notas de aula - Departamento de Filosofia (IFCH), UNICAMP. Disponível em: <https://www.unicamp.br/~chibeni/textosdidaticos/fisclassica.pdf>. Acessado em: 18/01/2022.

TUFFANI, Maurício. Em busca de uma teoria final. Revista FAPESP. Disponível em: < https://revistapesquisa.fapesp.br/em-busca-de-uma-teoria-final-2/>. Acessado em: 18/01/2022.

RENN, Jurgen. A física clássica de cabeça para baixo: como Einstein descobriu a teoria da relatividade especial. Revista Brasileira de Ensino em Física, 27(1), 2005. Disponível em: <https://www.scielo.br/j/rbef/a/KpdmhFh7HFfNFTqmnBR6WFD/?lang=pt#>. Acessado em: 18/01/2022.

Arquivado em: Física