A ascensão dos referenciais não inerciais
A Evolução da Física, do original, The Evolution of Physics, escrito por Albert Einstein em co-autoria com Leopold Infeld, em 1938. Teve sua primeira publicação feita por Simon & Shuster (1938) e foi publicado no Brasil por Zahar (2008). Como os próprios autores citam, os assuntos abordados nesse livro seriam suficientes para encher inúmeros volumes se fossem utilizados todos os formalismos teóricos e matemáticos que os envolvem.
O objetivo principal do livro é mostrar a evolução das ideias essenciais das leis que governam os fenômenos físicos desde as descobertas de Galileu e Newton até as teorias da relatividade geral e da existência dos quanta elementares de matéria, energia e luz, utilizando-se de uma linguagem acessível a leitores não familiarizados com os conhecimentos da física.
Em sua primeira parte, o livro ressalta que para os autores, o uso do raciocínio científico por Galileu foi o momento real do nascimento da Física. Fazendo analogias a ideias mais simples, o texto segue explicando as leis de Newton e sua coerência com o mundo real, até esbarrar nas dificuldades em esclarecer os conceitos de massa inercial e massa gravitacional através da mecânica clássica newtoniana, o que seria uma primeira pista para a existência da chamada Teoria Geral da Relatividade.
Ainda na primeira parte do livro, demonstra-se que o conceito de calor como substância, o mais aceito até então, era equivocado e são apresentadas experiências das quais advêm o conceito de energia, suas transformações em calorífica, mecânica, química, entre outras e sua conservação.
Encerrando a parte inicial do livro, mais uma vez o calor e a diferença de temperaturas são utilizados para explicar a teoria cinética da matéria. É explicado como o aumento de temperatura faz aumentar a energia cinética das moléculas de um gás que, por sua vez, aumentará a força líquida exercida pelo gás.
A segunda parte do livro tem por objetivo mostrar que “não há teorias eternas em ciência” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 69), explicando que o avanço da ciência surge da crise de velhas teorias. Inicia-se mostrando como o ponto de vista mecânico, que explicava os fenômenos a partir de forças que dependiam da distância e não da velocidade, não conseguia explicar o eletromagnetismo, corrente e cargas elétricas.
Essa segunda parte segue indicando a experiência que possibilitou o cálculo da velocidade da luz e termina discorrendo em algumas páginas sobre o comportamento corpuscular e ondulatório da luz e a dificuldade da mecânica em explicar ambos os fenômenos.
A terceira parte do livro pretende expor o rompimento entre o ponto de vista mecânico e os novos conceitos da física moderna.
Utilizando-se de analogias com a mecânica são demonstradas as teorias de campo magnético e elétrico, deduzindo-se, em determinado momento que a alteração de um campo elétrico produzida pelo movimento de uma carga é sempre acompanhada de um campo magnético e vice-versa, o que depois é confirmado com os relatos de vários experimentos. É ainda, nesta parte dos escritos, o campo magnético considerado como um depósito de energia, “pode-se descrever fenômenos elétricos e magnéticos de acordo com a lei da conservação da energia” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 123).
A partir da constatação de que a onda eletromagnética se propaga com a mesma velocidade da luz sugere-se uma estreita relação entre ambos os fenômenos e percebe-se estar próximo ao desejo dos cientistas da época: descobrir uma única teoria que possa explicar todos os fenômenos já acontecidos e os que estão por acontecer.
Os autores seguem explorando, através da inserção dos sistemas coordenados (SC), o conceito de referencial inercial e não inercial. Utilizando-se ainda dos SC, são propostas experiências nas quais revela-se que fenômenos semelhantes podem acontecer em tempos diferentes em sistemas com referenciais inerciais diferentes, indicando o caráter não absoluto do tempo, como se imaginava antes.
A apresentação da teoria da relatividade geral dá continuidade a essa parte do livro. “A teoria da relatividade nasceu da necessidade, de contradições sérias e profundas na velha teoria, para as quais não parecia haver saída” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 162). É explicado de forma clara o limite de abrangência da mecânica clássica, pequenas velocidades, ou seja, suas leis não abrangem os fenômenos que acontecem a velocidades próximas a da luz. Na sequência são utilizadas algumas páginas finalizando com o argumento de que toda energia se comporta como matéria.
A desconstrução do conceito de referencial inercial finaliza a terceira parte da obra. A teoria da relatividade geral aparece como solucionadora dos problemas não alcançados pela relatividade especial, aqueles que consideram fenômenos acontecendo com relação a referencias não inerciais e sob fortes forças gravitacionais. É dado um novo enfoque a matéria e o campo, que agora são considerados como concentradores de grande e pequena quantidade de energia respectivamente.
A explicação dos quanta elementares de matéria e eletricidade inicia o encerramento do volume. A teoria quântica é resumida em termos de que “algumas quantidades físicas até agora consideradas contínuas são compostas de quanta elementares” (EINSTEIN & INFELD, 2008, p. 208), ou seja, são na verdade descontínuas.
A experiência do efeito fotoelétrico é mencionada para explicar a existência dos quanta da luz, os fótons. As teorias ondulatória e quântica da luz são apresentadas como intercambiáveis, sendo que dependendo da situação deve-se utilizar uma ou outra.
O livro é finalizando então, explicando como muitos dos conceitos da Física moderna dependem de métodos probabilísticos para seu estudo, citando a impossibilidade de prever com exatidão muitos dos fenômenos atualmente estudados pelas Ciências.
A avaliação que se faz sobre o texto, é que o mesmo se trata de um excelente livro de Ciências que pode ser lido como um livro de ficção.
Os conceitos da Física clássica e moderna são apresentados, na maioria das vezes, com muita clareza, através de exemplos sempre didáticos, porém sem o formalismo matemático que comumente acompanha estes assuntos.
Contudo, cabe esclarecer que em alguns momentos, percebeu-se uma complexidade um pouco mais acentuada na tentativa de explicar determinados fenômenos, complexidade essa justificada pela própria natureza dos conceitos lá expostos, ou ainda, a brevidade com que alguns assuntos foram tratados. Fatores esses que não foram suficientes para tornarem a obra menos prazerosa de ser lida.
Os autores conseguem com maestria, mostrar a superioridade da Física Moderna, com suas teorias da relatividade geral e quântica, mas sem reduzir a mecânica clássica a uma Ciência obsoleta e desnecessária, ratificando que “sendo a ciência fruto da construção humana, da reunião do raciocínio de numerosas mentes, a construção dos conceitos supõe a contribuição de diversos pesquisadores em diferentes épocas” (ALVES-PEREIRA, 2012a, p. 2). Os amantes das descobertas de Newton, não devem atribular-se, Principia, “a chave de todos os movimentos observados cósmicos ou terrenos” (ALVES-PEREIRA, 2012b, p.2), continua abrindo as portas para conhecimento científico moderno.
Bibliografia
EINSTEIN, A. & INFELD, L. A evolução da Física. Rio de Janeiro: Zahar, 2008.
ALVES-PEREIRA, B. Inquietudes de Newton. Resenha de Capítulo do livro O despertar na via láctea: uma história da astronomia. São Paulo: s. n. UNIFESP, 2012a.
ALVES-PEREIRA, S. É como os outros homens? Resenha de Capítulo do livro O despertar na via láctea: uma história da astronomia. São Paulo: s. n. UNIFESP, 2012b.
