Breve Cronologia da Física Moderna

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Cronologia dos Principais acontecimentos que marcaram o nascimento da Física Moderna, dentre os quais se podem destacar: o estudo da radiação de corpo negro e o efeito fotoelétrico.

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Breve Cronologia da Física Moderna

  1. 1. Introdução A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. A Física estuda a matéria nos níveis molecular, atômico, nuclear e subnuclear. Estuda os níveis de organização, ou seja, os estados sólido, líquido, gasoso e plasmático da matéria. Pesquisa também as quatro forças fundamentais: a da gravidade (força de atração exercida por todas as partículas do Universo), a eletromagnética (que liga os elétrons aos núcleos), a interação forte (que mantêm a coesão do núcleo) e a interação fraca (responsável pela desintegração de certas partículas - a da radioatividade). E foi a partir, principalmente, do final do século XIX que alguns problemas começaram a ocorrer e os quais a Física Clássica não era capaz de resolver. Novos fenômenos tornaram-se inexplicáveis com considerações puramente clássicas e diversas divergências teóricas e conceituais surgiram. O que se pretende com este trabalho é apresentar, justamente, uma compilação cronológica com os principais acontecimentos que marcaram o nascimento da Física Moderna, dentre os quais se podem destacar: o estudo da radiação de corpo negro, o efeito fotoelétrico, dentre outros.
  2. 2. Século XIX 1803: John Dalton começa a apresentar sua teoria de que a cada elemento químico corresponde um tipo de átomo. Mas é só em 1897, com a descoberta do elétron, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisível como se acreditava desde a Antiguidade. 1860: O físico alemão Gustav Robert Kirchhoff introduz o conceito de corpo negro ou radiador integral, definindo-o como um corpo que absorve toda a radiação que incide sobre ele. 1879: Josef Stefan, físico austríaco (1835-2893), chegou empiricamente à seguinte lei: R ∝ T4, onde R é a intensidade total da radiação emitida por um corpo a uma dada temperatura T. 1884: A mecânica estatística, desenvolvida pelo alemão Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906), aprofunda a Teoria Cinética dos Gases, de Maxwell. As novas pesquisas fortalecem duas idéias que são decisivas para o progresso da física do século XX. A primeira é que todas as substâncias são feitas de átomos; portanto, ao estudar o comportamento dos átomos, é possível entender as propriedades gerais das substâncias, como a temperatura de um gás ou a quantidade de luz que ele emite ao ser aquecido. A segunda é que esse estudo deve ser feito de maneira estatística, por meio do cálculo de probabilidades. 1895: O holandês Hendrik Lorentz desenvolve um modelo atômico que permite explicar a estrutura fina dos espectros atômicos. 1896: O sucesso obtido por Boltzmann levou o físico alemão Wilhelm Wien a obter o seguinte valor experimental para a posteriormente chamada constante de Wien como sendo 2,898.10-3 mK. 1897: Joseph John Thomson (1856-1940), ao estudar os raios X e raios catódicos, identifica partículas de massa muito pequena, cerca de 1860 vezes menor que a do átomo mais leve. Conclui que o átomo não é indivisível, mas composto por partículas menores, que são, então, batizadas de elétrons.
  3. 3. 1900: É dado o primeiro passo para a criação da mecânica quântica. O estudo pioneiro é do alemão Max Planck (1858-1947). Ele estuda uma cavidade capaz de aprisionar certa quantidade de luz e tenta calcular a energia total concentrada lá dentro. Fica espantado porque suas contas só dão certo quando se supõe que a cavidade possui uma infinidade de minúsculos "pacotes" de luz. Planck chama esses pacotes de quanta. Em 14 de dezembro, Planck comunica, também, à Sociedade de Física de Berlim, um trabalho no qual apresentou a famosa fórmula de Planck, assim como o valor de h = 6,626.10-34 j.s e que, mais tarde recebeu o nome de constante de Planck. Século XX 1901: O alemão Max Planck formula as leis da radiação do corpo negro, abrindo caminho para a teoria quântica. 1905: Após algumas correções o físico inglês John Strutt Rayleigh e o físico Sir James jeans obtêm a mundialmente conhecida lei de Rayleigh – Jeans para a radiação de corpo negro – Ι(λ,T) = 8πλ-4kT.* 1905: O físico alemão Albert Einstein (1879-1955) desenvolve a Teoria da Relatividade, modificando pela primeira vez fundamentos da Física desde a época de Isaac Newton. A mais importante alteração trazida pela relatividade é que o tempo deixa de ser absoluto. Significa, por exemplo, que, se um relógio está em movimento, o tempo para ele passa mais devagar que para um que esteja parado. Einstein formula, também, a lei da equivalência entre massa e energia, a teoria do movimento browniano e a teoria do efeito fotoelétrico. 1905: Einstein declara que os quanta são uma nova espécie de partículas: os átomos de luz. 1910: Modelo pudim – J. J. Thomson diz que os átomos são formados por uma nuvem de eletricidade positiva na qual flutuam, como ameixas em volta de um pudim, partículas de carga negativa - os elétrons. 1911: O americano Robert Millikan mede a carga do elétron. * A data expressa é baseada no artigo “Sobre a Lei de Rayleigh - Jeans” de José Maria Filardo Bassalo (Ver referências).
  4. 4. 1911: Os átomos deixam de serem os menores pedaços de matéria que existe. O físico de origem australiana Ernest Rutherford (1871-1937) verifica que o átomo tem um núcleo central, duríssimo, no qual fica concentrada quase toda sua massa. Ele sugere que o resto dessa massa, menos de 1 milésimo do total, gira em torno do núcleo na forma das já conhecidas partículas de eletricidade, chamadas elétrons. 1913: O dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) dá a primeira descrição de um átomo por dentro. No centro fica um núcleo ínfimo, 100 mil vezes menor que o átomo todo. A sua volta giram os elétrons, mais ou menos como os planetas orbitam o Sol. Bohr ensina a calcular as órbitas dos elétrons, o que representa um avanço grande sobre o modelo atômico proposto por Rutherford. 1913: O inglês James Frank e o alemão Gustav Hertz criam o conceito do nível de energia do elétron dentro do átomo. 1916: Albert Einstein amplia sua Teoria da Relatividade para englobar os efeitos da força da gravidade. Seu esquema teórico passa a se chamar Teoria da Relatividade Geral. Com ela, pela primeira vez, os físicos têm fórmulas que podem ser aplicadas ao Universo inteiro. É por meio dessas fórmulas que, mais tarde, se calcula a expansão das galáxias após uma grande explosão inicial, o Big Bang. 1919: Rutherford desintegra o núcleo de nitrogênio e detecta partículas nucleares de carga positiva. Elas seriam chamadas de prótons. Segundo Rutherford, o núcleo é responsável pela maior massa do átomo. Anuncia a hipótese de existência do nêutron, confirmada apenas 13 anos depois. 1923: O francês Louis Victor Pierre Raymond de Broglie (1892-1987) demonstra que as partículas também agem como ondas. Ele descobre que o elétron aparece como uma partícula, ou seja, um concentrado de matéria, e, também, como onda, como se sua massa estivesse espalhada pelo espaço, oscilando. Com isso se completa o quadro que Einstein começara a montar ao dizer que as ondas luminosas podem comportar-se como partículas.
  5. 5. 1925: Os alemães Werner Heisenberg e Ernst Jordan, o austríaco Erwin Schroedinger, o dinamarquês Niels Bohr e o inglês Paul Dirac formulam a nova teoria da mecânica quântica. 1925: O austríaco Wolfgang Pauli enuncia o princípio quântico da exclusão. 1926: Partindo da idéia de que as partículas, como o elétron, às vezes agem como ondas, Erwin Schroedinger (1887-1961) cria uma nova imagem dos átomos por dentro. Os elétrons, agora, não se parecem mais com partículas girando em torno do núcleo atômico – da mesma forma que planetas orbitam o Sol. Em vez disso, tudo se passa como se a massa dos elétrons estivesse espalhada em volta do núcleo, ou seja, como se cada elétron fosse uma onda vibrando ao redor do núcleo. Os elétrons continuam também a ser vistos como partículas em órbita. Eles mudam de aspectos conforme as circunstâncias, ora aparecendo como partículas, ora como ondas. 1927: Os americanos G. P. Thomson, Clinton Davisson e Lester Germer descobrem experimentalmente a difração de elétrons. 1927: O físico norte-americano Clinton Joseph Davisson (1881-1958) demonstra que os objetos também agem como ondas, comprovando a teoria de Louis de Broglie. 1927: Define-se o Princípio da Incerteza, sobre o qual se baseia quase toda a física moderna. É o passo decisivo para o estabelecimento da mecânica quântica. O autor da definição é o alemão Werner Carl Heisenberg (1901-1976). De acordo com esse princípio, não é possível medir com absoluta precisão, ao mesmo tempo, a velocidade e a posição dos átomos. Ao medir uma velocidade, o cientista sempre perturba o átomo, tirando-o um pouco de sua posição. Esta, então, já não pode ser estimada com todo o rigor. E vice-versa: quando se tenta descobrir a posição do átomo, modifica-se sua velocidade, e a medição fica prejudicada.
  6. 6. 1932: James Chadwick, membro da equipe de Rutherford, descobre os nêutrons, partículas nucleares com a mesma massa do próton, mas com carga elétrica neutra. 1947: O físico brasileiro, César Lattes, participa da descoberta do méson. 1950: Albert Einstein expande a teoria da relatividade na teoria geral do campo. 1969: J. Weber, alemão, observa as ondas gravitacionais, postuladas por Einstein em 1916.

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