HISTORIA DA FISICA MODERNA

Introdução

A Física contemporânea é uma visão do mundo, dado que, fundamenta-se na descrição de conceitos teóricos que se distanciam da intuição quotidiana. A herdeira de desenvolvimentos que remontam geralmente a época de Galileu Galilei (1564-1642) no que respeita a Física Clássica desenvolvida antes de 1900. Isto não significa que a Física não tivesse existido na Idade Média, na Antiguidade ou noutras civilizações diferentes da nossa. Isto significa simplesmente que Galileu é considerado como o fundador da nossa tradição clássica.

Facilmente poderá se notar que existem constantes na historia da Física contemporânea, continua-se a procurar obter uma maior simplicidade em descrever a natureza, busca-se o que permanece invariável o que se conserva, o que possui propriedades de simetria. Estas considerações estéticas são o próprio fundamento da investigação da natureza.

Uma das maiores revoluções da Física é chamada de Física Moderna, que começou no final de séc. XIX.

A Física Moderna desenvolveu-se principalmente porque muitos fenómenos não poderiam ser explicados com base na Física Clássica. A hera moderna foi acompanhada com o desenvolvimento de duas teorias: Relatividade e da mecânica quântica. A teoria de Albert Einstein revolucionou completamente os conceitos tradicionais de espaço, tempo e energia. A mecânica quântica foi formulada por inúmeros cientistas de ilustres para fornecer descrições dos fenómenos físicos em nível atómico.

Os cientistas trabalham continuamente para melhorar a nossa compressão das leis fundamentais e novas descobertas são feitas no dia a pois dia.

Por tanto, este trabalho, “ Historia da Física Moderna”é o resumo de desenrolar da Física, partindo das dificuldades da mecânica clássica até a Física moderna, e os principais contribuintes da hera moderna. Por isso que vale apenas ler para se inteirar com aquilo que é a historia da Física do quotidiano.

Objectivos

Este trabalho, Historia da Física Moderna apresenta como o desenrolar da Física moderna, por tanto com o propósito que é de levar o leitor a:

1.Geral

ü  Compreender a história da evolução da Física Moderna, bem como os antecedentes da mesma.

2.Específicos

ü  Compreender as teorias e princípios da Física moderna e os proponentes das mesmas teorias, bem como a cronologia da Física moderna.

ü  Fortalecer a compreensão dos conceitos e princípios por meio de algumas anotações dos cientistas da hera moderna.

ü  Fornecer ao leitor uma apresentação clara e resumida dos conteúdos da Física Moderna, que poderão lhe servir de abertura de dilecto para as abordagens da Física Moderna.

Metodologia usada

Para se compreender a história de qualquer coisa é necessário o uso de algumas informações passadas para se ter a posição inicial do objecto em estudo. Neste trabalho, a metodologia usada foi a seguinte:

ü  Consultas Bibliográficas (consistiu no uso de alguns livros devidamente citados na bibliografia).

ü  Uso Maquina fotográfica (consistiu na fotografagem de algumas imagens de alguns cientistas da fonte: SERWAY et all “Princípios da Física 4 ”,em varias paginas).

ü  Uso de internet (consistiu na consulta de algumas informações recentes de actualidade internacional.

A história da Física Moderna

Segundo Tomas S. Kuhn, citado por BIEZUNSKI (1993:8), a Física progride de forma intermitente ao ritmo das revoluções científicas, abalos violentos que impõem um colocar em causa de um modelo total, as concepções adquiridas.

Dificuldades da Física Clássica

Os grandes Físicos das épocas passadas pensavam que a Física já tinha chegado ao fim: As leis fundamentais estavam descobertas, os edifícios teóricos grandiosos da Mecânica e do Electromagnetismo funcionavam, a Termodinâmica, com os seus princípios governava as transformações nos sistemas físicos. A Física estatística era uma curiosidade que confirmava tudo que já se conhecia. Mas as coisas não estavam assim bem definidas, já que o Albert Einstein, por volta de 1905, mostrou que a Mecânica de Galileu e Newton não estava bem correcta e que as concepções usuais de espaço e tempo tinham que ser radicalmente modificadas.

No final do séc. XIX, tornou-se evidente a explicação clássica de radiação térmica era inadequada. O problema básico era a compreensão da distribuição de comprimento de onda emitida na radiação térmica de um corpo negro. Contudo, tornou-se evidente que há uma desconcordância muito grande a chamada catástrofe de ultravioleta. SERWAY (2007:1114).

Umas das dificuldades que surgiram eram difíceis de enquadrar. O cálculo teórico da radiação de um corpo negro divergia, a existência de uma corrente numa célula fotoeléctrica dependia da frequência da luz incidente. DEUS (2000:501)

É nesse sentido que surgem muitos mentores da Física Moderna, como:

1. Max Planck (1858-1947)

Em 1900 Planck introduziu o conceito de quantum de acção, na tentativa de explicar a distribuição espectral da radiação do corpo negro, estabeleceu as bases da teoria quântica que levou a uma equação teórica para a distribuição comprimento de onda que concorda completamente com os resultados experimentais em todos os comprimentos de ondas. SERWAY (2007:1110)

E_n=nhf, Onde  n- N^o quântico;  h- Constante de Planck ();  f- Frequência de oscilador.

 2. Arttur Holly Compton (1892-1962)

De acordo com SERWAY (2007:1116), em 1919, Einstein propôs que um fotão de energia E transporta E/c=hf/c. Em 1923, Arttur H.Compton desenvolveu a ideia de Einstein de momento do fotão.

Antes de 1922, Compton e seus colaboradores haviam desenvolvidos e acumulados evidencias que mostravam a teoria ondulatória clássica da luz falhava ao explicar o espalhamento dos raios X por electrões. Temos que aceitar os dois modelos: Ondulatória e Corpuscular e admitir que a verdadeira natureza da luz não pode ser descrita mediante a uma única visão clássica. Portanto a luz tem uma natureza dual: Exibe tanto características ondulatórias quanto corpusculares. Esses dois modelos completam-se, por isso que:

   3. Louis Broglie (1892-1987)

 Em 1923 Louis Broglie em, sua tese de doutoramento postulou que como os fotões tem características corpusculares, e ondulatórias, talvez todas as formas de matéria tenham propriedades ondulatórias e corpusculares. Em 1924, Broglie defendeu a ideia de que um electrão ou qualquer outra partícula pode comportar-se como ondas quer como uma partícula. Ele escreveu o seguinte: Em 1923-1924, quando desenvolvi os resultados que figuram na minha tese de doutoramento, parti da ideia de que se tornava necessário alargar a todas as partículas a coexistência das ondas e das partículas de luz, descobertas em1905 por Einstein na sua teoria de quanta de luz.

 Na mecânica clássica não há barreira fundamental para aperfeiçoamento mais refinado pelo aparelho. Mas na mecânica quântica prevê que é fundamentalmente impossível medir simultaneamente a posição e o momento de uma partícula com exactidão infinita.

Portanto foi a partir dai que:

 4. Wener Heisemberg (1901-1976)

Desenvolveu a mecânica dos quanta de um modo diferente e sem qualquer ligação com os trabalhos de Louis Broglie. Também ele se encontrava interessado na teoria de relatividade de Eisntein, que havia estudado com Arnold Sommerfeld. Ele lamentava que Sommerfeld não tivesse mencionado a hipótese dos quanta de luz e que tivesse continuado a encarar a luz como uma onda electromagnética pura. SERWAY (2007:1114).

Em 1927 Heisemberg introduziu a noção que é chamada princípio da incerteza. Segundo Heisemberg, se são feitas umas medidas de posição de uma partícula com uma incerteza Dx e uma medida simultânea no seu momento com uma incerteza Dpx, o produto das duas incertezas nunca pode ser menor do que h/2.      DxDpxh/2

Fisicamente é possível medir simultaneamente a posição exacta de uma partícula. Ele desenvolveu um modelo abstracto da mecânica quântica chamado de mecânica das matrizes; a previsão de duas formas de Hidrogénio e modelos teóricos do núcleo.

5. Erwin Schröding (1887-1961)

Professor de Física desde 1921, inspirando-se com as ideias de Broglie, em 1926, escreveu a equação de onda matéria, baseando-se na descrição matemática tradicional dos fenómenos ondulatórios, à qual acrescentou termos tendo em conta com a relatividade restrita. Mais tarde, Schröding voltou a escrever a equação incluindo a energia de um electrão e o valor do campo, chegando de abandonar os termos relativistas. Ele acreditou que seria possível formular a seguinte descrição de um estado estacionário discreto. SERWAY (2007:1112).

 Schröding é mais conhecido como o criador da mecânica quântica; também produziu artigos importantes no campo da mecânica estatística da visão de cores e da relatividade geral. Fez muito para aceleração universal da teoria quântica ao demonstrar a equivalência matemática entre sua mecânica ondulatória e a mecânica das matrizes mais abstracta.

6. Niels Bohr (1885-1962)

Em 1913, Bohr publicou uma nova teoria da estrutura do átomo. Limitava-se ao átomo mais simples, o de hidrogénio e introduziu a constante de Planck, observando que este tinha as dimensões de um momento angular. Para Bohr, os electrões gravitam exclusivamente em órbitas bem determinados, correspondendo aos níveis de energia diferenciados pelo espectro.

 7.Wolfgang Pauli (1900-1958)

Utilizou de imediato o novo sistema teórico de Heisenberg para calcular o espectro do átomo de hidrogénio. Chegou perfeitamente a um resultado de acordo com os dados conhecidos.

Segundo BIEZUNSKI (1993:126), (Pauli, interessou-se pelas dificuldades acarretadas pelo átomo de Bohr-Sommerfeld e particular pelas anomalias magnéticas observadas em certos metais. O problema incidia sobre os três números, ditos números quânticos utilizados para descrever o comportamento dos átomos.

Pauli prosseguiu desta forma enunciando um princípio de exclusão, que explicava a configuração dos estados assumidos pelos electrões de um átomo.

8. Marie Curie (1867-1934)

  A descoberta da radioactividade deu um passo largo aos trabalhos de Marie, sobretudo a radioactividade espontânea e sobre a radiação emitida pelas substâncias radioactivas. Ela continuou a acreditar que as ideias que então nos guiaram são as únicas que podem ao verdadeiro progresso social. Não há esperança de se construir um mundo melhor sem melhorar o indivíduo.

 Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984)

Na década de 1920 desenvolveu uma versão da mecânica quântica que incorporava a relatividade especial. A sua teoria explicava a origem do spin do electrão e do seu movimento magnético. Contudo ela apresentava uma grande dificuldade. A equação da onda relativista de Dirac necessitava de soluções que correspondiam a estados de energia negativa mesmo para partículas livres. Dirac evitou essas dificuldades ao postular um modelo estrutural no qual estão preenchidos todos os estados de energia negativa, são chamados colectivamente mar de Dirac.

9. Hideki Yukawa (1907-1981

Em 1930 tinha uma visão razoavelmente simples da estrutura da matéria. Os blocos fundamentais eram o protão, electrão e o neutrão. Outras três partículas eram conhecidas ou postuladas na época: Fotão, neutrino e positrão. Essas seis partículas eram consideradas os constituintes da matéria. Contudo, com essa visão maravilhosa simples do mundo, ninguém era capaz de responder a seguinte questão como vários protões, muito próximos entre si, em qualquer núcleo devem repelir-se? Em 1935 o Yukawa propôs a primeira teoria a explicar com sucesso a natureza da força nuclear.

10. Richard Feynman (1918- 1988)

A contribuição deste cientista para a Física Moderna deu-lhe uma valia para alem da comunidade cientifica, ele mostrou que a interacção de duas partículas pode ser ilustrada em uma representação gráfica qualitativa simples chamada diagrama de Feynman. 

Um diagrama de Feynman é um gráfico qualitativo do tempo no eixo vertical em função do espaço no eixo horizontal. Ele é qualitativo no sentido de que os valores reais do tempo e do espaço não importantes, mas a aparência geral do gráfico fornece uma representação do processo.

11. Erico Fermi (1901-1954)

Em 1938, Fermi produziu os elementos transsurância pelo bombardeamento dos neutrões, descobriu as reacções nucleares realizadas por meio de reacções de núcleos lentos Este homem, fez muitas contribuições na Física Moderna, sobretudo na sua teoria de decaimento Beta, a teoria dos electrões livres dos metais e o desenvolvimento do primeiro reactor de fusão do mundo em 1942.

12. Murray Gell-Mann

O número de partículas de ressonância observada pelos físicos de partículas é ainda uma maior do que o número de elementos. Por isso que em 1961 Gell-Mann os seis elementos que formam o hexágono, e cada pratica sobre o perímetro do hexágono fica o poste ao anteparo, Gell-Mann, chamou de Vida óctupla em função da vida óctupla para alcançar a deriva no budismo.

Conclusão

De um modo geral, a história da Física Moderna não é uma mera abstracção dos conteúdos da Física Moderna, mas sim, é o resumo do desenrolar da hera moderna. Partindo das incapacidades da Física Clássica até a dita Física Moderna.

Os grandes Físicos das épocas passadas pensavam que a Física já tinha chegado ao fim: As leis fundamentais estavam descobertas, os edifícios teóricos grandiosos da Mecânica e do Electromagnetismo funcionavam, a Termodinâmica, com os seus princípios governava as transformações nos sistemas físicos

Portanto, seria inconveniente, por parte dos estudantes, não conhecer a historia da evolução da Física, bem como os principais marcos desta história, não, se esquecendo dos mentores da hera moderna.

Para finalizar, é de salientar que toda a historia tem seus antecedentes, por isso que a Física Moderna tem o seu antecedente que é a Física Clássica desenvolvida por volta do séc. XVIII até XIX, que durante esse todo percurso, houve uma grande revolução usualmente que é a dita Física Moderna, que veio a se expandir no final do séc. XIX.

Bibliografia  

1.BIEZUNSKI, M.; História da Física Moderna; Paris; 1993.

2.DEUS, Jorge Dias, et all, Introdução à Física, 2^a ed., Lisboa, 2000.

3.NETO, Rodolfo Alves de Carvalho; Aspecto preditivo da Mecânica Clássica e da Mecânica

Quântica: uma proposta teórico-metodológica para alunos do Ensino Médio; Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal da Bahia; 2006;

4. SERWAY, Raymond A. et all, Princípios de Física óptica e Física Moderna, vol. 4,  3^a ed. Norte-Americana, São Paulo, 2007.