Maxwell e a reunificação matemática no mundo físico

James Clerk Maxwell.

Publicado na Materia

Em agosto de 1857, a tripulação do Niágara partiu da Irlanda disposta a dar um grande passo para a humanidade: colocar um cabo de telégrafo entre Europa e Estados Unidos, com o qual uma mensagem cruzaria o Atlântico em um instante, ao invés de levar várias semanas. Mas o cabo se rompeu no meio do oceano. Esse fracasso inspirou um dos típicos poemas de um matemático escocês de 26 anos, James Clerk Maxwell (1831-1879), que começou assim: “No fundo do mar, no fundo do mar; não me chega qualquer sinal; no fundo do mar, no fundo do mar; tenho certeza de que algo deu errado.” Não podia deixar de fazer o divertimento de um amigo que estava trabalhando naquela aventura tecnológica, que culminou em êxito nove anos depois.

O que Maxwell não sabia é que os seus trabalhos sobre a eletricidade e o magnetismo provocariam uma revolução nas telecomunicações, maior do que aquele cabo submarino. Ainda que isso não tenha sido o seu objetivo. Ele só estava brincando com as leis básicas da física. Como quando explicou, em um ensaio muito original, que os anéis de Saturno são formados por milhões e milhões de coisas soltas. Sem sofisticados telescópios, Maxwell usou, simplesmente, a matemática para demonstrar que essa era a única maneira de que os anéis se mantivessem estáveis. Assim, quando em 1980, a mais de 120 anos depois, a sonda espacial Voyager nos enviou fotos detalhadas dos anéis de Saturno, nenhum cientista se surpreendeu ao ver partículas de poeira, pedras e rochas enormes.

Graças aos seus experimentos para descobrir como as pessoas percebem as cores, ele chegou a fazer a primeira fotografia colorida, uma combinação de três imagens: vermelho, verde e azul. Ademais, ele foi encarregado de montar na Universidade de Cambridge um laboratório de física experimental que chegou a ser um dos mais completos do mundo. Mas o seu projeto mais ambicioso era puramente teórico. Tinha sido observado que a corrente elétrica e os ímãs estavam relacionados e Faraday chegou a explicar através de ideias muito intuitivas, mas não tinha sido capaz de traduzir em fórmulas. Maxwell, um dos poucos cientistas que nele creram, recorreu de novo às suas habilidades matemáticas e em 1873 resumiu as ideias de Faraday em quatro equações, com as quais explicam todos os fenômenos elétricos e magnéticos: por exemplo, os polos de um íma não podem ser separados; ou que ao mover um ímã gera eletricidade, e vice-versa.

As equações de Maxwell demonstraram que a eletricidade e o magnetismo são duas faces da mesma moeda, e também que a luz é essa moeda em movimento. Combinando as suas equações Maxwell previu que, em determinando casos, os efeitos de uma carga elétrica ou de um ímã chegariam a se sentir mesmo longe, pois os seus campos eletromagnéticos (e seus efeitos) podem viajar em forma de ondas; segundo os seus cálculos, essas ondas iriam à velocidade da luz, assumindo que a luz seria uma onda eletromagnética. Uma década depois de sua morte, Hertz comprovou em 1888 que existem outros tipos de ondas eletromagnéticas, além da luz. As ondas hertzianas tiveram aplicação imediata no rádio, depois na televisão e hoje estão atrás da palavra da moda na informática: wireless (sem cabos). Essas ondas foram a prova real de que Maxwell acertou em suas predições e de que, usando apenas ferramentas matemáticas, havia conseguido unificar a eletricidade, o magnetismo e a óptica, um feito que inspirou os grandes físicos do século XX. Seguindo o exemplo de Maxwell, Albert Einstein tentou em vão incorporá-la a força da gravidade para a grande unificação da física, um desafio que ainda permanece em aberto.

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