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Cad.Bras.Ens.Fís., v.20, n.1 : p.129 - 133, abr. 2003. 129
RESENHA
ORIGENS E EVOLUÇÃO DAS
IDÉIAS DA FÍSICA
Organizado por José Fernando M. Rocha, EDUFBA, 2002, 372 páginas ISBN: 85 - 232 - 0254 -
A Editora da Universidade Federal da Bahia (EDUFBA) lançou, em 2002, o livro intitulado Origens e Evolução das Idéias da Física , reunindo uma série de artigos de professores dessa Universidade: José Fernando Moura Rocha, Roberto I. Leon Ponczek, Suani Tavares Rubim de Pinho, Roberto Fernandes Silva Andrad e, Olival Freire Júnior e Aurino Ribeiro Filho. O livro foi organizado pelo professor José Fernando Rocha e prefaciado pelo professor Benedito Leopoldo Pepe, decano do Instituto de Física da UFBA. Os temas desses artigos cobrem as principais disciplinas da Física: Mecânica Clássica, Termodinâmica e Mecânica Estatística, Eletromagnetismo e Óptica, Teoria da Relatividade, e Física Quântica. Analisemos cada um deles. A Mecânica Clássica é tratada pelo professor Roberto Ponczek. Em seu artigo, ele mostra a evolução da Mecânica, desde os mitos bíblicos sobre a criação do Universo, até a grande síntese da Mecânica Newtoniana, qual seja, a Mecânica Celeste Laplaciana-Kantiana, e seu uso na explicação das Galáxias e do Sistema Solar. O professor Ponczek inicia seu estudo evolutivo-conceitual da Mecânica mostrando a necessidade de o estudante e/ou professor de Física conhecer a história e o significado dessa ciência, bem como o significado da Física, para o desenvolvimento de uma Sociedade. Em seguida, narra como a Bíblia e os povos antigos pré- gregos concebiam o Universo. Como essa exposição não envolve modelos matemáticos, necessários para descrever e prever eventos cósmicos, o professor Ponczek prossegue seu trabalho analisando como os filósofos gregos pré e pós-socráticos descreveram geometricamente o Universo, até o modelo geocêntrico ptolomaico. A partir daí, começa a discutir o heliocentrismo, analisando os trabalhos de Copérnico, Kepler e Galileu a fim de confirmar e estabelecer definitivamente esse modelo planetário. Antes de estudar a Mecânica de Newton, esse autor analisa o racionalismo de Descartes e seu modelo planetário de vórtices. Depois de discutir as visões galileana e newtoniana sobre a Teoria das Marés, o professor Ponczek estuda a Mecânica Pós-newtoniana e mostra como ela foi utilizada por Kant e Laplace para explicar a formação das galáxias, principalmente a da nossa Via Láctea com o Sistema Solar. Por fim, o artigo realça a importância do pensamento cartesiano-newtoniano no desenvolvimento do Iluminismo, a corrente filosófica, também conhecida como Mecânica Social , que teve grande influência sobre o pensamento político e econômico até o final do século XIX.
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Em seguida ao artigo do professor Ponczek, os professores Suani Tavares Rubim de Pinho e Roberto Fernandes Silva Andrade apresentam a evolução das idéias que levaram ao desenvolvimento da Termodinâmica e da Mecânica Estatística. Inicialmente, esses autores desenvolvem seu trabalho apresentando a evolução hi stórico -conceitual das quatro Leis da Termodinâmica, relacionando o conceito físico com a respectiva Lei: Temperatura-Lei Zero, Calor-Primeira Lei, Entropia-Segunda Lei, Zero Absoluto-Terceira Lei. Concluem então a primeira parte de seu relato apresentando a Axiomatização da Termodinâmica, discutindo os trabalhos de Poincaré, Carathéodory e Tizsa. Na seqüência, descrevem as Teorias Cinéticas dos Gases, analisando os trabalhos de Maxwell e Boltzmann. Depois de mostrarem que a Mecânica newtoniana, por ser invariante temporal, é insuficiente para descrever sistemas físicos em equilíbrio e em não-equilíbrio, já que, para descrevê-los, é necessário o conhecimento de métodos estatísticos e de dinâmica aleatória, os professores Suani Pinho e Roberto Andrade apresentam o desenvolvimento da Mecânica Estatística do Equil íbrio e do Não - Equilíbrio, enfatizando os trabalhos de Boltzmann e de Gibbs sobre o método dos ensembles, e de Einstein, Langevin, Fokker e Planck sobre fenômenos aleatórios. Na conclusão de seu artigo, esses professores discutem algumas aplicações desses dois aspectos da Mecânica Estatística, destacando os trabalhos de Ising, Landau e Onsager, no primeiro deles, e os de Chapman, Enskog e Prigog ine, no segundo. A origem e a evolução do Eletromagnetismo são assuntos do artigo do professor José Fernando Moura Rocha e compõe o Capítulo III do livro objeto desta Resenha. Depois de discutir o papel do Eletromagnetismo na Física, por intermédio de um excelente esquema resumindo o que hoje denominamos de Física Clássica, o professor José Fernando acompanha, historicamente, a evolução das principais idéias e seus correspondentes autores, das antigas disciplinas Eletricidade, Magnetismo e Galvanismo, que caracterizaram os fenômenos elétricos e magnéticos até o início do Século 19. Na seqüência, há um estudo bem interessante sobre a Óptica, cobrindo todas as suas divisões encontradas em livros-texto: Reflexão, Refração, Difração, Interferência e Polarização. Há, também, destaque para a explicação do arco-íris, da teoria do éter, e das experiências que decidiram o caráter ondulatório da luz: Young, Airy, Foucault e Fizeau. Esse estudo da Óptica é completado com a interpretação quântica da luz, introduzida por Einstein, na sua célebre explicação do efeito fotoelétrico , e com a proposta de Louis de Broglie, sobre o caráter dual (onda- partícula) do elétron. Em seguida, o professor Rocha analisa as experiências de Oersted, Ampère, Biot, Savart e Arago, que deram início ao estudo do Eletromagnetismo, bem como descreve os trabalhos de Faraday, Henry e Lenz sobre a indução eletromagnética. Essa análise do Eletromagnetismo é finalizada com a discussão do conceito de campo de Faraday, e a grande síntese matemática dos fenômenos eletromagnéticos formulada por Maxwell e seu principal resultado, qual seja, a natureza eletromagnética da luz, cuja confirmação experimental foi conseguida por Hertz. O autor conclui relacionando as
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conhecido como o efeito fotoelétrico, que também resistia às explicações dadas por aque las teorias clássicas. Ainda nesse tema sobre a interpretação quântica da luz, o autor analisa como uma outra idéia inovadora de Einstein sobre as emissões espontânea e estimulada de luz quantizada por um átomo levou à i n venção do maser e do laser. O Modelo Atômico é o tema seguinte tratado pelo professor Aurino Ribeiro Filho. Com efeito, depois de discursar sobre a idéia do átomo, desde os gregos até os primeiros modelos atômicos de Nagaoka, J. J. Thomson e Rutherford, do inicio do Século XX, e de examinar as dificuldades encontradas pelos físicos para explicar as raias espectrais, principalmente a famosa fórmula de Balmer-Rydberg, e considerar, também, as deficiências do modelo planetário diante da Eletrodinâmica de Maxwell- Lorentz -Larmor, esse professor apresenta o modelo atômico de Bohr, ressaltando o seu principal resultado: a regra de quantização das órbitas eletrônicas. A obtenção dessa regra por um conceito novo na Física, qual seja, o caráter dual (onda-partícula) do elétron proposto por Louis de Broglie e sua verificação experimental por vários pesquisadores nos Estados Unidos (Davisson e Germer), na Inglaterra (George Thomson, filho de J. J., e Reid), e na Rússia (Tartakovski) são objeto de um estudo bem detalhado por parte do autor. A idéia de de Broglie de que o elétron pilota uma onda em sua órbita atômica desencadeou a hoje famosa Mecânica Quântica, um dos pilares da Física Contemporânea. Desse modo, seu desenvolvimento é tratado pelo professor Aurino, nos diversos aspectos em que ela, a Mecânica Quântica, surgiu: Mecânica Matricial (Born, Heisenberg e Jordan), Mecânica Ondulatória (Schrödinger, Eckart, Pauli, Klein e Gordon), e Mecânica Não-Comutativa (Dirac). A análise da proposta de Born sobre a interpretação da função de onda de Schrödinger e do princípio da incerteza de Heisenberg completa o estudo do autor sobre a Mecânica Quântica. Na seqüência, há um comentário sobre o núcleo atômico (descoberta do nêutron, por Chadwick), sobre a descoberta de novas partículas elementares [principalmente os mésons andersonianos e os mésons pi (Powell, Lattes e Occhialini)] e os mecanismos usados (aceleradores e detectores) nessa descoberta. Esse comentário é concluído com a análise da dificuldade (valores infinitos) encontrada pela teoria quântica da radiação eletromagnética proposta por Dirac e sua solução (renormalização) apresentada por Kramers, Feynman, Schwinger, Tomonaga e Dyson, a hoje conhecida QED ( Quantum Electrodynamics ). O professor Aurino conclui sua descrição histórica conceitual da Física Moderna apresentando uma discussão filosófica sobre a questão polêmica da medida (realidade quântica) na Física, e suas duas principais interpretações: a ortodoxa, conhecida como interpretação de Copenhague (Bohr e seguidores) e apoiada em resultados experimentais decorrentes das desigualdades de Bell , e a causal (de Broglie e Bohm). É oportuno registrar que todos os textos do livro são acompanhados de figuras e ilustrações para ajudar no entendimento das idéias neles discutidas, assim como de gravuras de alguns cientistas relacionados com essas idéias.
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Na conclusão desta Resenha, devo destacar o texto do professor Aurino sobre os ganhadores do Prêmio Nobel de Física, desde o primeiro, em 1901 (Ro entgen), até os de 2002 (Eric Cornell, Carl Wieman e Wolfgang Ketterle).
José Maria Filardo Bassalo Departamento de Física
