Desdobramentos das duas nuvens negras de Lorde Kelvin

Por Arão Victor Rocha dos Santos e Gabriel Costa Sartori

A Física Moderna é uma área da Física desenvolvida de forma intensiva desde o final do século XIX até os dias de hoje. Entretanto, não seria coerente delimitar seu início com algum evento específico, uma vez que se trata de uma Revolução Científica no sentido kuhniano. Em outras palavras, o surgimento da Física Moderna se deu por meio da necessidade de adequações do paradigma então vigente - Física Clássica - em detrimento das incoerências teóricas em relação aos resultados experimentais obtidos. As anomalias aumentaram em proporção e em desafios ao padrão teórico esperado.

Dessa forma, é importante compreender que a Física Moderna estuda a matéria em nível atômico e, também, considerando a relatividade do espaço-tempo. De outra forma, pode-se dizer que a Mecânica Quântica e a Relatividade são os pilares da Física Moderna. Por mais sintética que pareça, essa área da ciência possui um campo de estudo extremamente extenso, buscando entender o que é a matéria e como ela se comporta no espaço.

Vamos analisar, portanto, as seguintes palavras de William Thomson sobre “as duas nuvens negras”:

“A beleza e claridade da teoria dinâmica, que coloca calor e luz como modos de movimento, está presentemente obscurecida por duas nuvens. I. A primeira apareceu com a teoria ondulatória da luz, desenvolvida por Fresnel e o Dr. Thomas Young; envolvendo a questão de como pode a Terra mover-se através de um sólido elástico, como o é essencialmente o éter luminífero? II. A segunda é a doutrina de Maxwell-Boltzmann sobre a equipartição de energia.”

Para compreender o que essas afirmações querem de fato dizer e também em que contexto foram ditas, tentaremos entender primeiro quem foi William Thomson. Também chamado de Lorde Kelvin, título recebido pela sua notável importância científica e também comercial na Grã Bretanha, o escocês teve contribuições em diversas áreas da Física como: o desenvolvimento da escala Kelvin, a escala de temperatura absoluta que é fundamental para a compreensão de fenômenos termodinâmicos e é padrão universalmente aceito para aferir temperaturas. Thomson realizou investigações sobre a taxa de resfriamento de objetos quentes, contribuindo para a compreensão das leis da dissipação de calor. Ele também desempenhou um papel essencial na formulação de partes da Segunda Lei da Termodinâmica, que é fundamental para o estudo dos processos de conversão de energia. Outra área na qual Thomson deixou sua marca foi na análise matemática das Leis de Maxwell, que descrevem as equações fundamentais da eletricidade e do magnetismo. Seus trabalhos nessa área ajudaram a consolidar a teoria eletromagnética de Maxwell. Além de suas realizações científicas, William Thomson também desempenhou um papel crucial no desenvolvimento dos telégrafos submarinos. Sua experiência em Física e Matemática foi fundamental para a transmissão bem-sucedida de mensagens através de cabos submarinos, o que teve um impacto significativo nas comunicações globais no século XIX. Apesar de tantas conquistas, Lorde Kelvin fez uma profecia muito errada: a de que o voo de um objeto mais pesado que o ar seria impossível uma vez que, segundo ele, para propelir um objeto dessa ordem seriam necessárias grandes asas e com grandes motores, inviabilizando sus sustentação aérea. Santos Dumont provaria o contrário em 1906 com seu histórico voo do 14-BIS registrado em apresentação pública diante de um Comitê Internacional de certificação no campo de Bagatelle, Paris, França.

Com a compreensão que se tem hoje acerca da Física Moderna, entendendo que suas bases são a Relatividade e a Mecânica Quântica é possível compreender que esses questionamentos deixados pelo escocês são questões presentes na base dessas duas áreas da Física, uma vez que o problema acerca do éter culminou nos trabalhos de Albert Einstein sobre a Relatividade. Já a segunda questão, acerca do princípio da equipartição culminou numa revisão da compreensão da matéria microscópica e da natureza da luz, além de algumas teorias que ajudaram a resolver os problemas gerados, como, por exemplo: a solução da catástrofe do ultravioleta com Planck; a explicação de Einstein para o calor específico dos sólidos; a dualidade onda-partícula de Louis de Broglie, entre outras várias contribuições de cientistas ao redor do mundo que auxiliaram na construção do que hoje podemos chamar de Física Moderna com as equações de Schroedinger e os quarks Apesar de tudo, reina no universo da Mecânica Quântica a dúvida filosófica entre a “Interpretação de Copenhagen” (liderada por Bohr) e a “Dúvida Estatística” (manifesta por Einstein na famosa frase - também presente no filme OPPENHEIMER - “Deus não joga dados!”). A ciência está aberta às suas inúmeras inquirições e possibilidades de novas compreensões…

Referências:

[1] POLITO, A. M. Radiação de Corpo Negro e os Primórdios da Física Quântica. Physicae Organum, v 3, n 2, p 154-171, 2017.

[2] SCHULZ, P. A. Duas nuvens ainda fazem sombra na reputação de Lorde Kelvin. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 4, p. 509-512, 2007.

[3] STUDART, N. Um tributo a William Thomson no centenário de sua morte. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 4, p. 485-486, 2007.

[4] ROSA, P. S. Louis de Broglie e as ondas de matéria. Orientador: Roberto de Andrade Martins. Dissertação (mestrado). UNICAMP. Campinas, 2004.

[5] NEVES, M.C.D. O centenário do voo do mais pesado que o ar. DVD. Maringá: LDS, 2006.