13 de Setembro, 2015.

Resenha: Epistemologia da Física Clássica

Resenhas Física

Resenha produzida para a disciplina de Filosofia e História da Física Moderna ministrada pelo Prof. Nestor Cortez Saavedra Filho da UTFPR. Texto base: Características Conceituais Básicas Da Física Clássica

Resenha

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curso de Licenciatura em Fı́sica Filosofia e História da Fı́sica Moderna Prof. Nestor Cortez Saavedra Filho

Resenha: Epistemologia da Fı́sica Clássica Guilmour Rossi Setembro, 2015

CHIBENI, S. S. Caracterı́sticas Conceituais Básicas Da Fı́sica Clássica (Notas de Aula). Departamento de Filosofia - IFCH - UNICAMP [1] Em suas notas de aula, Silvio Seno Chibeni, atualmente professor associado do Departamento de Filosofia da UNICAMP, mostra de forma simplificada quais foram os conceitos e visões de maior importância da fı́sica clássica, abrangendo a mecânica newtoniana e o eletromagnetismo (mas excluindo os avanços no campo da termodinâmica), e que só vieram a ser questionadas no começo do século XX. Para isso, Chibeni, em suas notas de pouco mais de 8 páginas, usa de alguns fatos históricos e explicações fı́sicas sucintas, de modo que o leitor não se apegue à fórmulas matemáticas, mas sim ao contexto de tais avanços fı́sicos, usando também considerações sobre o que são ondas, e o que o se entende por campo e átomo.

O autor então, começa explicando como a mecânica clássica firmou seu alicerce após a obra de Sir Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que contém conceitos aplicados até hoje e onde Newton formulou as três famosas leis fundamentais da dinâmica. Outro trunfo da fı́sica clássica, explica o autor, foi conseguir expressar matematicamente o valor de uma força que age sobre algum corpo à partir de parâmetros facilmente observáveis, como posição, massa e a velocidade. E assim Newton fez, quando demonstrou a expressão matemática da atração gravitacional. Neste ponto, o autor também chama atenção para uma das caracterı́sticas fundamentais da fı́sica clássica, o determinismo, que diz que o estado futuro de um sistema fı́sico (bem como seu passado) pode ser determinado pelo seu estado presente.

Dado os fatos da mecânica newtoniana, o professor tenta nos levar a entender como ocorreu o desenvolvimento do que chamamos hoje de eletromagnetismo, nos deixando cientes sobre os pormenores de como funcionam e o que são de fato os fenômenos ondulatórios, que possuem amplitude, comprimento, velocidade, perı́odo e frequência, e alguns tipos caracterı́sticos destes fenômenos, como a difração e a interferência.

Chibeni nos mostra que, novamente graças à Newton, a ótica teve seu primeiro passo digno, mesmo este acreditando que a luz consistia em feixes de partı́culas se propagando segundo as leis de sua própria mecânica. Teoria que logo foi aceita sobre o que pensava o fı́sico holandês Cristiaan Huygens, que já havia proposto uma ideia ondulatória para a luz, mas de forma muito pouco articulada, cabendo ao inglês Thomas Young, cem anos depois da obra de Newton sobre a ótica, explicar qualitativa e quantitativamente os fenômenos ondulatórios.

Em seguida, Chibeni nos leva um pouco mais adiante nos experimentos primordiais que culminaram na observação da relação entre os fenômenos magnéticos e elétricos, desde Hans Oersted até Faraday, que observaram esta relação com uma corrente elétrica exercendo ação magnética sobre uma bússola ou então dois imãs em movimento que geram eletricidade em um circuito. Tais ondas, agora eletromagnéticas, foram equacionadas 40 anos depois por Maxwell (e provadas experimentalmente apenas em 1887 por Hertz) que também percebeu que a velocidade de propagação das ondas era cerca de 300 000 quilômetros por segundo, a mesma da luz, já sabida, sugerindo que, para espanto do próprio Maxwell como comenta o autor, a luz seria uma forma de onda eletromagnética!

Após isso, o autor retorna a discutir conceitos que, segundo ele, são de grande importância para a fı́sica e que até hoje são objetos de dabate, sofrendo muitas divergências de interpretação ao longo da história. Seriam os campos algo com existência própria, assim como o antigo éter, ou seriam apenas uma maneira de expressão, criados na verdade pela força que um corpo exerce sobre outro? Outro conceito importantı́ssimo é o de átomo, onde o autor evoca os pensadores da Grécia antiga para tentar nos auxiliar o entedimento, como Leucipo e Demócrito, e depois Aristóteles, cuja doutrina dos quatro elementos resistiram até o século 17. Tais pensamentos de que a matéria seria feita de átomos foram defendidas também por Lavoisier (”Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”[2]), quı́micos como John Dalton, Gay-Lussac e Amadeo Avogadro, e até fı́sicos como Maxwell, Boltzmann e Gibbs, sendo contrapostos por ”energeticistas” e anti-realistas, que achavam a teoria atômica apenas um artifı́cio de cálculo. Os cientistas então, lembra o autor, só acalmaram os ânimos quando em 1905 um artigo atomista de Einstein, explicou quantitativamente o movimento caótico e incessantee ocorre em partı́culas de tamanho reduzido, observado experimentalmente por Robert Brown, em 1828.

Acreditando que a matéria era sim compostas por átomos, restava agora descobrir as propriedades destes átomos, e se eram de fato indivisı́veis. Chibeni então nos relata como ocorreram essas observações, começando com Wilhelm Rögtgen e seus raios catódicos (raios X ) em 1895, Henri Becquerel e a radioatividade no ano seguinte, J. J. Thomson e a evidência dos denominados elétrons em 1987 e Rutherford com as radiações alfa e gama e sua famosa experiência com a projeção de radiação alfa sobre uma folha de ouro, que o fez propor um modelo atômico em que a massa estaria concentrada em uma região central cercada pelos elétrons. Modelo aperfeiçoado pelo fı́sico Niels Bohr, que em 1913 publicou sua teoria atômica (que mais tarde o ajudaria a ganhar o Nobel da Fı́sica, em 1922 [3]),onde propõe que os nı́veis de energia dos elétrons são discretos, e que eles envolvem com órbitas estáveis o núcleo do átomo, podendo pular de uma órbita a outra. Mesmo com esse modelo sendo substituı́do por outros modelos, lembra o autor, seus princı́pios básicos são aceitos até hoje.

Dado todo esse embasamento histórico da fı́sica clássica, que dizemos ter fim em meados de 1900 com Planck, Chiboni consegue agora concluir seu pensamento, listando de forma simples algumas caracterı́sticas conceituais importantes, segundo ele, da visão clássica da fı́sica. São elas: O determinismo, onde estados futuros podem ser obtidos pela observação de seu estado presente; a separabilidade, onde os corpos podem ser analisados fisicamente com a sua divisão em partes menores, e podemos atribuir peculiaridades a cada parte; a localidade que nos diz que a ação de um corpo sobre outro se propaga em velocidade finita; a linearidade dos efeitos fundamentais, onde o efeito de duas causas atuando juntas é o mesmo que se somarmos os efeitos de cada uma delas atuando sepa radamente; e a ontologia, que admite campos e partı́culas com propriedades que tenham relação a suas leis teóricas.

Enumeradas as caracterı́sticas principais, segundo o autor, da epistemologia da fı́sica clássica e trabalhado todo seu histórico, podemos agora perceber a importância do esforço conjunto de grandes nomes da ciência, que foram, de forma não necessariamente conectada, - desde a cinemática de Newton nos ajudando a entender um pouco o mundo, até as contribuições gigantescas do eletromagentismo para a existência de energia elétrica, avanços na medicina e a criação dos meios de comunicação modernos -, construindo todo o nosso desenvolvimento cientı́fico e tecnológico, diretamente ligados ao nosso cotidiano, tecendo de forma não inercial, claro, mas também não caótica, o que somos hoje.

References [1] Silvio Seno Chibeni. Caracterı́sticas conceituais básicas da fı́sica clássica (notas de aula). Departamento de Filosofia - IFCH - UNICAMP. [2] Antoine Lavoisier. Elements of Chemistry in New Systematic Order, Containing All Modern Discoveries, Illustrated with 13 Copperplates, translated from the French by Robert Kerr. (1 ed.), Edinburgh: William Creech, 1790. [3] J. D. Cockcroft. Niels henrik david bohr. 1885-1962. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, (9):36–53, 1963.