As doze mentes mais brilhantes da história da física

Os maiores nomes da física de todos os tempos.

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Foi em 2014 que eu dei início a essa série de artigos que descreve a vida de doze mentes brilhantes de diversos campos de estudo da ciência. De lá para cá, muita coisa na minha vida mudou. Deixei de ser um mero estudante sonhador do ensino fundamental para me tornar um bacharelando promissor na universidade. Meu time de futebol do coração (o Clube de Regatas do Flamengo), que chegou a ser lanterna por várias rodadas do Campeonato Brasileiro há seis anos, parou de lutar contra o rebaixamento e hoje é o atual campeão estadual, nacional, continental e vice mundial. Mas uma coisa permaneceu intacta na minha vida durante todo esse tempo: o amor pela física.

Você provavelmente sabe o que é física. É o estudo do mundo físico, desde a queda de maçãs até o movimento de planetas e estrelas e o comportamento das minúsculas partículas subatômicas que constituem o mundo ao nosso redor. A física está em toda parte. Está nos confins mais distantes do Cosmos. Está nos buracos negros supermassivos que assolam o centro das galáxias e nos minúsculos blocos de construção fundamentais que constituem a vida na Terra. Está até mesmo no espaço aparentemente vazio ao nosso redor.

E de vez em quando surge um físico que muda para sempre nossa percepção do Universo e de tudo nele. Aqui estão doze físicos cujas teorias, ideias e descobertas revolucionaram a maneira como vemos o mundo, em ordem histórica.

Arquimedes (288 a.C-212 a.C)

O maior cientista dos tempos antigos, Arquimedes levou a matemática, a física e a engenharia a novos patamares. Ele criou as ciências físicas da mecânica e da hidrostática, descobriu as leis das alavancas e polias e descobriu um dos conceitos mais importantes da física – o centro de gravidade. Ele aplicou matemática avançada ao mundo físico e seus trabalhos sobreviventes inspiraram Galileu Galilei e Isaac Newton a investigar as leis do movimento.

Galileu Galilei (1564-1642)

Galileu foi uma das primeiras pessoas a estudar o céu com um telescópio. Ele foi a primeira pessoa a descobrir luas orbitando outro planeta, descobrindo as quatro maiores luas de Júpiter. Ele descobriu que Vênus tem fases como a nossa lua – a primeira evidência prática, em vez de matemática, de que o Sol está no centro do sistema solar. Ele descobriu a Lei do Pêndulo. Ele descobriu que a gravidade acelera todas as coisas igualmente, independentemente da massa, e que a aceleração dos objetos pela gravidade é proporcional ao quadrado do tempo em que estiveram caindo. Ele declarou o princípio da inércia – em outras palavras, ele descobriu a Primeira Lei do Movimento de Newton. Suas descobertas no campo da mecânica destruíram a física equivocada de Aristóteles que havia dominado o pensamento ocidental por dois milênios.

Johannes Kepler (1571-1630)

Johannes Kepler quebrou a tradição de milhares de anos da astronomia, descobrindo que os corpos celestes seguem caminhos elípticos. As leis de Kepler do movimento planetário foram um avanço absolutamente crucial em nossa compreensão do Universo. A terceira lei de Kepler permitiu a Isaac Newton estabelecer a lei do inverso do quadrado da gravitação. O próprio Kepler descobriu a lei do inverso do quadrado da intensidade da luz. Ele descobriu que nossos olhos invertem as imagens e nossos cérebros corrigem as imagens de cabeça para baixo. Ele foi a primeira pessoa a provar como funcionam os logaritmos, permitindo que cientistas físicos usassem essas ferramentas fundamentais sem ansiedade.

Isaac Newton (1643-1727)

Isaac Newton inventou o cálculo, a matemática da mudança, sem a qual não poderíamos entender o comportamento de objetos tão pequenos como elétrons ou tão grandes como galáxias. Sua obra mais famosa, o Principia, é um dos livros científicos mais importantes já escritos. Em Principia, Newton usou a matemática para explicar a gravidade e o movimento. Newton descobriu a lei da gravitação universal, provando que a Lua orbita a Terra exatamente pela mesma razão que uma maçã cai de uma árvore. Ele formulou três leis do movimento – as Leis de Newton – que estão no cerne da ciência do movimento. Além disso, ele provou que a luz do sol é composta de todas as cores do arco-íris e construiu o primeiro telescópio refletor funcional do mundo.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday é provavelmente o maior físico experimental de todos os tempos. Ao variar um campo magnético, ele produziu corrente elétrica em um fio e, assim, descobriu a indução eletromagnética, o meio pelo qual quase toda a eletricidade é gerada pelas usinas de energia hoje. Ele descobriu a rotação eletromagnética – a precursora do motor elétrico – e descobriu que o diamagnetismo é uma propriedade de todos os materiais. Suas leis de eletrólise estão no cerne da eletroquímica, que ele teve um grande papel na fundação. Ele inventou o Gaiola de Faraday, que impede que raios danifiquem qualquer coisa dentro dele e evita que interferências externas afetem experimentos elétricos e eletrônicos sensíveis. Ele descobriu que magnetismo e luz estão relacionados, mostrando que um campo magnético gira o plano de polarização da luz. Ele foi a primeira pessoa a liquefazer gases, e ele descobriu o imensamente importante composto químico benzeno.

James Clerk Maxwell (1831-1879)

O trabalho de James Clerk Maxwell marcou uma nova era na física – ele unificou as forças elétrica e magnética, mostrando que elas são fundamentalmente a mesma força. Suas equações mostraram que, quando as cargas elétricas se aceleram, elas liberam ondas de eletromagnetismo viajando à velocidade da luz, estabelecendo que a própria luz é um fenômeno eletromagnético – ao fazer isso, ele unificou eletricidade, magnetismo e óptica. Sua teoria cinética dos gases explicou com precisão a origem da temperatura e ele introduziu a teoria da probabilidade na física dos muito pequenos, que hoje é indispensável. Ele foi a primeira pessoa a produzir uma fotografia colorida; e, com tremenda intuição matemática e física, ele explicou o comportamento dos anéis de Saturno mais de 100 anos antes que a espaçonave Voyager confirmasse que ele estava absolutamente certo.

Max Planck (1858-1947)

Planck fez muitas contribuições à física teórica, mas sua fama repousa principalmente em seu papel como criador da teoria quântica. Ele descobriu que a luz pode ser emitida em partículas (quanta) em vez de ondas constantes. Essa hipótese revolucionou nossa compreensão dos processos atômicos e subatômicos, assim como a teoria da relatividade de Albert Einstein revolucionou nossa compreensão do espaço e do tempo. Juntas, elas constituem as teorias fundamentais da física do século XX. Ambas forçaram o homem a revisar algumas de suas crenças filosóficas mais acalentadas e ambas levaram a aplicações industriais e militares que afetam todos os aspectos da vida moderna.

Ernest Rutherford (1871-1937)

Frequentemente considerado o segundo maior físico experimental de todos os tempos (atrás apenas de Michael Faraday), Ernest Rutherford é o pai da química e da física nuclear. Ele descobriu os raios alfa, beta e gama, estabeleceu as leis do decaimento radioativo, previu a existência do nêutron e alcançou a primeira transformação deliberada de um elemento em outro, cumprindo uma das antigas paixões dos alquimistas. Mais importante, ele postulou a estrutura nuclear do átomo: experimentos feitos no seu laboratório mostraram que quando as partículas alfa são disparadas em átomos de gás, algumas são violentamente desviadas, o que implica em uma região central densa e carregada positivamente contendo a maior parte da massa atômica. Um número incomum de jovens cientistas que passaram algum tempo trabalhando com ele ganharam prêmios Nobel, incluindo James Chadwick, Cecil Powell, Niels Bohr, Otto Hahn e Frederick Soddy.

Albert Einstein (1879-1955)

Albert Einstein reescreveu as leis da natureza. Ele mudou completamente a maneira como entendemos o comportamento de coisas tão básicas como luz, gravidade, espaço e tempo. Ele estabeleceu que todos, qualquer que seja sua velocidade em relação à luz, medem a velocidade da luz em 300 mil km por segundo no vácuo. Isso levou à estranha nova realidade de que o tempo passa mais devagar para pessoas que viajam em velocidades muito altas do que para pessoas que se movem mais devagar. Consequentemente, o espaço e o tempo se tornam uma coisa só. Ele descobriu a equação icônica, E = mc², que mostra que energia e matéria podem ser convertidas uma na outra. Ele reescreveu a lei da gravitação de Newton, que não era contestada desde 1687. Em sua Teoria da Relatividade Geral, mostrou que a matéria faz com que o espaço-tempo se curve, o que produz o fenômeno que chamamos de gravidade; ele mostrou que o caminho da luz segue a curva gravitacional do espaço; ele mostrou que o tempo passa mais devagar quando a gravidade se torna muito forte. Ele também demonstrou o efeito fotoelétrico, estabelecendo que a luz pode se comportar tanto como uma onda quanto como uma partícula.

Niels Bohr (1885-1962)

Niels Bohr transformou completamente nossa visão do átomo e do mundo. Percebendo que a física clássica falha catastroficamente quando as coisas são do tamanho de um átomo ou menores, ele remodelou o átomo para que os elétrons ocupassem órbitas “permitidas” ao redor do núcleo, enquanto todas as outras órbitas eram proibidas. Ao fazer isso, ele fundou a mecânica quântica. Mais tarde, como um dos principais arquitetos da interpretação de Copenhague da mecânica quântica, ele ajudou a reformular nossa compreensão de como a natureza opera em escala atômica.

Erwin Schrödinger (1887-1961)

Erwin Schrödinger estabeleceu a formulação da mecânica ondulatória da mecânica quântica que, em contraste com a formulação de matriz de Werner Heisenberg, permitia um certo grau de visualização. Schrödinger retratou os elétrons como ondas e mostrou que a sua função de onda e as formulações de matriz de Heisenberg, embora superficialmente diferentes, eram matematicamente equivalentes. Em seus últimos anos, Schrödinger tornou-se infeliz com a mecânica quântica e se tornou famoso pelo experimento de pensamento do gato de Schrödinger, no qual ele tentou mostrar o absurdo da interpretação de Copenhague da mecânica quântica. Surpreendentemente, para um físico, seu livro favorito de todos os tempos foi A Origem das Espécies, de Charles Darwin . O livro de 1944 de Schrödinger, O que é a vida?, embora não totalmente original, teve um efeito profundo no futuro da genética e da biologia molecular. Schrödinger escreveu que o gene era um cristal aperiódico – um script de código para a vida. Seu livro inspirou vários cientistas – incluindo três dos principais atores na descoberta da estrutura do DNA – Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins – a buscar pesquisas nesse campo.

Paul Dirac (1902-1984)

Paul Dirac remodelou completamente a mecânica quântica com a surpreendente Equação de Dirac. A Equação de Dirac explicou o comportamento dos elétrons, incluindo aqueles que viajam em velocidades relativísticas, e predisse a existência da antimatéria. Dirac também foi capaz de inferir a existência de polarização a vácuo, revelando que o que antes acreditávamos ser espaço vazio, na verdade está inundado de pares de partículas-antipartículas de vida curta. Dirac fundou a eletrodinâmica quântica, responsável pela criação e aniquilação de fótons de luz dentro dos átomos, e sua formulação lagrangiana da mecânica quântica levou às integrais de caminho de Richard Feynman. Dirac mostrou que a quantização da carga elétrica ocorre naturalmente se um monopolo magnético existir em algum lugar do Universo. Ele também criou um protótipo de teoria das cordas.

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