A Luz quântica no fim do túnel

    

     
     O tema " Física Quântica" tão em voga na atualidade, desperta sensações as mais variadas em todos aqueles que buscam entendê-la. A princípio, tenta-se enquadrá-la como uma parte da física facilmente explicada com exemplos visuais, como na Mecânica Clássica, aquela Cinemática e Dinâmica que aprendemos na escola em nossas aulas de Física. 

   Ao avançarmos o estudo, começamos a perceber que o caminho não é tão previsível assim... muitos recomeçam a leitura, outros procuram métodos de associação com aquilo que já entendem e grande parte abandona a busca pela complexa exigência deste campo tão misterioso.

   Por mais que adiemos o aprendizado, se quisermos estar a par daquilo que nos circunda, com o que interagimos, por onde vamos evoluir e principalmente, entender o magnífico mecanismo que abrange o Universo e suas leis, devemos tentar buscar os meios de abrir nossa Consciência para o entendimento daquilo que julgamos a priori, inimaginável.

   Devido à complexidade deste tema, dividirei-o em três posts para melhor compreensão das idéias que levaram à descortinar o interesse na Energia Quântica.

   Quando o assunto é Física quântica é necessário ter em mente para nosso estudo, dois pilares: Luz e Átomo.


     Parte I - A Luz

   Acenda uma lanterna e ela estará lá... acorde num dia ensolarado e ela também estará... É necessária a escuridão para se valorizar a LUZ.

   Observações a respeito da LUZ intrigaram inúmeros cientistas no passado, entre os nomes mais ilustres, Albert Einstein (1879 - 1955). Para ele o mistério que encerrava um feixe luminoso era parte crucial para obter respostas que levavam a Deus.

     Durante anos de sua vida, ainda quando não havia conquistado reconhecimento e notoriedade, ele procurou entender os fenômenos que envolviam  a Luz e seus princípios. A Mecânica Newtoniana parecia não elucidar os aspectos relacionados a ela. As leis até então aplicadas para corpos e objetos não agiam sobre a Luz. Mas, porque??




   O que é na verdade a LUZ?

   A Luz visível é uma parte da radiação eletromagnética que se encontra numa faixa específica de frequência e comprimentos de onda. Essa luz que conseguimos enxergar, também chamada "luz branca", é a responsável por todos os tipos de cores que conseguimos perceber aos olhos nus.

  

    Nas aulas de física aprendemos que o comprimento de onda é a distância entre dois pontos numa mesma onda que se encontram na mesma fase, ou seja, a oscilação que se forma paralela ao eixo de direção de sua propagação. 
(distancia entre os vales, ou entre os picos)

   Já a frequência (f) é o número de oscilações em um determinado tempo. Normalmente esta unidade é o "segundo", número de oscilações por segundo, expressa em Hertz (Hz).








   Ondas eletromagnéticas como a luz se propagam em meios materiais e no vácuo, sendo ela reconhecida como o fenômeno mais rápido já detectado. A velocidade da luz no vácuo é de 300.000.000 m/s, e independe da fonte ou do referencial. Este fato intrigou muitos cientistas que se encantavam com o mistério dos feixes de luz. Antigamente estimava-se que a velocidade da luz era ilimitada... mas o tempo e as pesquisas provaram que até mesmo ela era limitada...

 

   A luz visível tem sua cor definida de acordo com a sua frequência que varia em uma faixa compreendida entre o infravermelho e o ultravioleta. Ela é apenas uma pequena faixa nesta escala variante.

   
    

   Ao visualizarmos a luz branca, percebemos que ela decompõe-se em cores com comprimentos de ondas e frequências diferentes. 

Para que visualizemos as cores, os objetos absorvem todas as cores presentes na luz branca, MAS refletem apenas a cor que vemos.

Só há cor onde há LUZ!




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     Há um século atrás, um cientista de nome Max Planck (1858 - 1947) estudava experimentos com energia térmica irradiada das Ondas eletromagnéticas, partindo de qualquer organismo que produzisse calor. Suas observações nos experimentos o levaram à um nível mais profundo de análises: o nível atômico.



   Analisando a figura, percebemos que a faixa do espectro visível é limitada.
   Todo corpo emite energia , em maior ou menor grau. Nós, seres humanos emitimos energia situada na faixa do infravermelho, pois não emitimos luz natural, apenas calor. Conseguimos visualizar objetos e matéria pelo fato delas refletirem a luz deste espectro visível, que chega a elas. Fontes de calor alteram significativamente os valores dos níveis de energia.

 

  Quanto mais próximo ao nível atômico, mais energia é mobilizada. 

Por exemplo: o Sol irradia uma energia extremamente alta, liberando ultravioleta, raios-X e inclusive raios gama. Nele, ocorrem além de transições eletrônicas profundas, eventos de desintegrações atômicas chamadas fusões nucleares.







   Já um aparelho de som não utiliza energia a nível atômico, mas apenas a movimentação acelerada de elétrons que criam um campo eletromagnético dando a possibilidade da onda sonora ser propagada.

 

   Um corpo negro teria a capacidade de absorver toda a radiação incidente e também seria um emissor perfeito. Essa emissão de energia depende da Temperatura e da frequência da radiação emitida. É por essa total absorção da luz, que a cor preta não se encontra na decomposição da luz branca.

  Com seus estudos, Planck pode perceber que a variação desta energia era proporcional à Frequência da radiação emitida, ou seja de acordo com a frequência de onda do elemento, corresponderia uma quantidade de energia liberada.




     O termo "QUÂNTICO", foi introduzido por Albert Einstein para uma equação encontrada pelos experimentos de  Max Planck, e deriva da palavra latina "quantum" (quantidade/ pacotes).
A "quantização" é um evento físico que consiste na alteração instantânea de elétrons que contém um nível mínimo de energia e ao serem aquecidos passam para um nível superior desta energia.






    Na Luz, unidades de energia–quanta ( pacotes de energia) são os "fótons" e funcionam tanto como ondas ou partículas.








   Os elétrons para liberarem energia, necessitam saltar de níveis. Isso acontece quando estes elétrons são excitados, seja pelo aquecimento ou por uma força indutora.






    A nível quântico as equações usadas na Mecânica clássica,não servem. É incrível pois estudando as partículas subatômicas é possível desenhar modelos de equações para o grande Universo.


  

 Também quanticamente não é possível estabelecer um local exato para a posição dos elétrons como se gostaria de prever, mas apenas a probabilidade potencial deste elétron estar em determinado local.

  
  Na verdade, nada se toca efetivamente. A energia de vibração dessas partículas se combinam formando os elementos, as moléculas, as células, os tecidos, e tudo o que podemos ter como físico e material. E tantas outras maravilhas que pudemos ter acesso há apenas algumas décadas.





    Max Plank ( 1858 - 1947) físico alemão considerado o Pai da Física Quântica, ganhou o Nobel de Física em 1918. Com ela, deixamos para trás o conceito de "Átomo" como partícula indivisível proposto no séc.V a.c., e descobrimos que até as partículas atômicas são divisíveis, que a luz é aquilo que pode viajar mais rápido na escala de percepções chegando a incríveis 300.000 Km/s e que seu comportamento pode ser de onda ou partícula , o que ainda intriga os pesquisadores. 

  Essa visão microscópica da matéria abriu precedentes para uma nova abordagem na Ciência Universal: a Física Quântica. Ela veio estabelecer a interação das forças elementares da natureza: 
  • Força forte
  • Força fraca
  • Força eletromagnética
  • Força gravitacional

     O estudo destas quatro forças compõem o que há de mais recente no conhecimento da Matéria.



     Com exceção da força gravitacional, todas as outras interagem entre si numa conexão harmônica para a  formação de tudo que conhecemos. O grande mistério que atordoa e intriga os cientistas é : onde a força gravitacional entra nessa história??




  Encantada com a trajetória de um deles, como citei anteriormente num post logo no início deste blog, deparei-me com uma história que desmistificou a grande distância imposta pela realidade e pela nossa ignorância. 

   Este Homem, mostrou-me que existem variadas possibilidades de se obter sucesso na vida e apresentou-me a uma nova vida. Mostrou-me que a teimosia consciente na verdade chama-se determinação. Que os erros não são o final da linha, mas os desvios dos caminhos, e que por trás de uma foto conhecida, às vezes caricata, existia um ser humano de carne, ossos e sentimentos, tais os meus, os seus , os de toda a humanidade: Este homem foi Albert Einstein.


   Albert Einstein 


 






Nascimento: 14/ 03/ 1879
    Falecimento: 18/ 04/ 1955 
    Local : Ulm - Alemanha



   Einstein nasceu na Alemanha, numa cidade chamada Ulm. Filho de família judaica não praticante, desde cedo já demonstrava gosto pelo estudo. 




   Aos 10 anos com um compasso, passou a estudar Geometria e se encantar com as formas autodidaticamente. Ainda pequeno, mudou-se para Munique, onde seu pai em associação a um tio montou uma fábrica de dínamos, investindo neste campo atraído pela possibilidade que a chegada da eletricidade trouxera ao mundo.

 Foi quando deu a Einstein uma bússola. O fascínio que este curioso instrumento desencadeou no jovem, abriu um leque de questionamentos sobre as forças que regem o mistério que nos circunda.


   Com o passar dos anos, a grande concorrência industrial em Munique, fez com que a família de Einstein se mudasse para Pavia (Itália) tentando uma melhoria em seu negócio.



 Einstein no auge dos seus 15 anos inicialmente ficou na Alemanha para terminar seus estudos, mas rumou-se para a casa dos pais antes mesmo das provas finais. Ele não suportava a rigidez militar das escolas alemãs.


   Após finalizar seus estudos e obter sua aprovação, ele conseguiu uma vaga no Instituto Federal de Tecnologia (ETH) em Zurique, uma das mais conceituadas escolas da Europa, matriculando-se no curso de Física.


 Apesar de sua inteligência diferenciada, ele não concordava com a obrigatoriedade das aulas e com a arrogância de determinados mestres. Isso logo foi entendido como impertinência por muitos de seus professores, mas suas notas finais não abriam precedentes para alguma reprimenda maior. 
   Durante essa fase, Einstein preferia a companhia dos amigos e frequentemente era visto trocando idéias científico-filosóficas no Café Odeon. Dizia ser lá sua segunda sala de aula.


   Cartas recentemente encontradas, trouxeram a luz, um passado desconhecido deste jovem gênio.



   A aproximação diária e o convívio com uma de suas colegas de turma, Mileva Maric levou-os naturalmente a um romance. Mileva tinha origem Sérvia e possuía um ar de independência e inteligência que Einstein de imediato admirara. Conversavam horas a fio sobre a natureza de tudo, de física, e em especial de algo que sempre o intrigava: a LUZ.

   A mãe dele, mulher de personalidade forte e impositiva, não concordava com o relacionamento exatamente pelos  mesmos atributos que ele se encantara. Ela dizia que Mileva ficaria debruçada nos livros e não cozinharia para seu filho, deixando-o em segundo plano. Talvez mulher alguma fosse apropriada para ele, aos olhos super protetores da mãe. 

   Mas o jovem casal mantinha seus encontros e alimentavam sua paixão, na esperança de que algo mudasse futuramente. Num destes encontros, Mileva engravidou. Eles guardaram segredo e quando a gestação estava aparente, Mileva retornou á casa de seus pais na Hungria onde teve o bebê.  

 

    Era uma garotinha e a chamaram Lieserl. Einstein, uma vez escreveu que a amava à distância e não compreendia como poderia sentir tão forte sentimento mesmo sem tê-la visto. Neste período, o pai dele adoece. Durante este período sua dedicação e trabalho árduo, não impossibilitaram a falência de seus negócios, e acometido de muito desgaste, doente, logo faleceu. Um momento doloroso para Einstein que vivia um conflito com o pai: achava-o passivo, deixando que as vontades de sua mãe sempre prevalecessem, e fora incompetente no manejo de seus bens. Em contrapartida, amava aquele pai... Em seu leito de morte, ele abençoou a união de Einstein e Mileva e permitiu-lhe o casamento.
   Após a morte de seu pai, Einstein descobre que Lieserl também adoecera e após isso não se encontraram mais registros dela.

   Mileva retornou a Zurique para as provas finais por duas vezes, mas foi reprovada, o que acabou com sua intenção de seguir uma carreira acadêmica. Neste ínterim Einstein aceitava empregos de professor temporário em vários locais na Europa, mas não desistia de seu ideal científico.

    Tempos depois Einstein consegue uma colocação em um escritório de patentes em Berna, e casa-se com Mileva.

   O tempo passa e suas publicações e divulgações científicas não lhe surtem efeitos esperados. Neste momento Einstein ganhava o bastante apenas para o sustento de sua casa  com seus dois filhos. Ainda assim insistia em suas teorias, enviando artigos para as revistas científicas da época, mas sem receber a devida atenção por eles.




   Mas em 1905, seu ano milagroso, ao cursar o Doutorado, Max Planck já tido como um dos maiores cientistas da época, direcionou sua atenção aos artigos de Einstein que então teve seus esforços reconhecidos. 




   



   Convites para docência, palestras internacionais e o convite para dirigir o Instituto de Física na Universidade de Berlim que foi de 1913 a 1932.










  



   

 

 Em 1915 Einstein completou sua teoria geral da relatividade, considerada sua obra prima. Durante muitos anos o mistério da Gravidade atormentou-lhe o sono. 
Sua teoria associa a Energia, massa e velocidade da luz. 
   A equação mais famosa e ao mesmo tempo tão incompreendida:






   Quando imaginamos o Universo, o temos como uma superfície plana com planetas e astros inseridos numa matéria escura em nossa limitada visão 3D.

   A proposta da Relatividade Geral seria que estes planetas e astros não estariam  apenas inseridos, mas que sua massa causaria uma curvatura proporcional neste espaço em um determinado tempo, formando uma quarta dimensão. O espaço-tempo.




 Suas equações descreviam um Universo dinâmico. Ora expandindo, ora contraindo-se. Isso ficou comprovado pelos cálculos de Edwin Hubble em 1929. A plasticidade deste cenário é responsável direta pela ação gravitacional.







   A opinião da Comunidade científica paralisou-se frente a descoberta que estaria 50 anos a frente de seu tempo. Principalmente pela época, ao fim da Primeira Guerra Mundial, onde o mundo se encontrava em um caos, novas abordagens científicas de tamanha magnitude trouxeram um bálsamo para a esperança de muitas pessoas.





   As muitas viagens e a fama, fizeram seu casamento ruir, divorciando-se de Mileva em 1919. Pouco tempo depois começou um caso com sua prima Elsa Lowenthal com quem se casou mais tarde. 
   
   




   Durante todo o período de reconhecimento e notoriedade, Elsa acompanho-o, mas a fama o deslumbrou. Após anos de convivência, casos extra conjugais, onde não haviam o compromisso exigido pelas responsabilidades do matrimônio se fizeram frequentes, afastando os cônjuges e novamente fracassando em seu acordo nupcial. 



   Einstein construíra um mundo principal em sua vida, onde as relações externas à Ciência ficavam naturalmente em segundo plano. Isso incluiu esposas, filhos, amigos. Ele mesmo em cartas, declarara que "não era muito bom nisso".

   Já em 1921, Einstein é laureado com o Nobel de Física pela explicação do Efeito Foto elétrico.

 
    Durante a Segunda Guerra Mundial, ele descobriu que seu nome estava indicado para ser assassinado pelos nazistas, alegando "prática de física judaica".

    Então em 1932 aceitou um convite para o Instituto de Estudos avançados em Princeton, nos Estados Unidos, considerado a Meca dos físicos da atualidade. Lá buscou até o restante de sua vida trabalhar a "Teoria do Campo Unificado", teoria esta que mescla as Forças do Universo e as Leis da Física.

   Einstein contribuiu com seus estudos, para o avanço real da Física moderna mas não simpatizava com a idéia da incerteza trazida pela Mecânica Quântica. Ele sempre dizia que "Deus não joga dados". 





   Em 1955, enquanto se preparava para uma palestra, Einstein sofreu um aneurisma abdominal o que desencadeou uma grave hemorragia interna, mas recusou-se a operar. Ele morreu na manha seguinte , dia 18 de abril aos 76 anos.

   Uma curiosidade bizarra, foi que seu cérebro foi removido para estudo, durante sua autópsia, sem a permissão da família. Hoje ele localiza-se no Princeton University Medical Center.

                                                         









    



Para saber um pouco mais:



* Museu Histórico de Berna - Einstein Museum


info@bhm.ch

http://www.bhm.ch/






Instituto Federal de Tecnologia de Zurique: (ETH)

Umas das mais prestigiadas instituições de ensino superior, situada em Zurique  (Suíça) e onde Einstein cursou sua graduação em Física.


https://www.ethz.ch/de.html












   * DVDs NOVA
   Biografia de Albert Einsteins e a sua Teoria da Relatividade.










Referências

Livro: Físico química - 1 - Atkins / de Paula - Nova Edição - cap.07
http://www.infoescola.com/fisica/particulas-elementares/
http://www2.uol.com.br/sciam/artigos/particulas_fundamentais.html
http://www2.uol.com.br/sciam/artigos/particulas_fundamentais.html
http://www.ebc.com.br/infantil/voce-sabia/2015/09/por-que-vemos-colorido
http://www.infoescola.com/fisica/efeito-fotoeletrico/
http://socientifica.com.br/2017/02/o-que-e-o-principio-da-incerteza-de-heisenberg/
https://www.significados.com.br/fisica-quantica/
http://www.wikiwand.com/en/List_of_scientific_publications_by_Albert_Einstein
https://seuhistory.com/biografias/albert-einstein














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