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O século XX, o século fantástico

Por Flávio da Costa Gonçalves

O século XX começou agitado no mundo científico. Surgia uma teoria que prometia mudar os rumos da ciência e da filosofia como um todo. Albert Einstein publicou os quatro artigos que permearam a ciência no século XX e mudaram as concepções sobre o tempo e espaço; agora, as leis de Newton não eram mais válidas em todos os casos. Nascia a Mecânica Quântica.

Max Planck

Pouco tempo antes da divulgação da Teoria da Relatividade, um cientista assombrou o mundo da ciência ao publicar uma teoria que afirma que a energia era trocada em pacotes quantizados e não com qualquer valor como se pensava até então. Estava criada a Teoria dos Quanta, o início da Física Quântica. O físico alemão Max Planck, o autor desta teoria revolucionária para a ciência, formulou esta teoria como conclusão a sua tese de doutoramento. E o fez não como uma explicação aos fenômenos quânticos estudados por ele, e sim, por não conseguir encontrar esta resposta. Planck deduziu que a energia não poderia assumir qualquer valor, mesmo sem poder comprovar tal afirmação. Na realidade, Planck não acreditava que sua teoria era verdadeira e prosseguiu seus estudos. Alguns anos mais tarde, Planck era laureado com o prêmio Nobel por causa de sua importante descoberta. Planck ainda estudou as radiações de corpo negro, o que possibilitou o estudo do comportamento de galáxias e estrelas muito distantes

Nos anos após a divulgação da Relatividade de Einstein, a Física tomou novos rumos. Como a mecânica newtoniana não era válida em todos os casos era preciso formular novas explicações para partículas do microcosmo (átomos, partículas que se movimentam a velocidade da luz, elétrons, prótons). Muito se desenvolveu a esse respeito, em muito, com relação à Física Quântica. A Física Quântica ocupa-se em estudar as leis da natureza de partículas em altas velocidades ou que tem características diferentes das partículas do macrocosmo. Assim, ela possui leis e conceitos um tanto diferentes da Física Clássica, como a probabilidade e a incerteza da precisão de determinado evento físico. Einstein não concordava com estas previsões, apesar de sua teoria ter possibilitado o início da Física Quântica.

Ainda no século XX, os modelos atômicos foram mais desenvolvidos, pois algumas teorias acabaram não sendo confirmadas. Assim, Niels Bohr divulgou o seu modelo atômico, no qual os elétrons orbitam ao redor de um núcleo, onde estão os prótons e os nêutrons (que foram descobertos apenas em 1941). A Física Atômica se desenvolveu em um tempo muito pequeno, em relação a outros ramos da Física.

Em 1911, Ernest Rutherford deduziu a partir do experimento de deflexão a existência de um compacto núcleo atômico, com cargas positivamente carregadas, denominado prótons. Nêutrons, o constituinte neutro do núcleo, foram descobertos em 1932 por James Chadwick.

Em 1925, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger formularam a mecânica quântica, a qual esclarecia a teoria quântica precedente. Na mecânica quântica, os resultados dos experimentos físicos eram de origem probabilística. A teoria descreve o calculo destas probabilidades. Ela foi bem sucedida em descrever o comportamento da matéria em escala reduzida.

Em 1929, Edwin Hubble publicou a sua descoberta de que a velocidade na qual as galáxias se afastam correlaciona-se diretamente com sua distância. Esta é a base para compreender que o universo está expandindo. Portanto, o universo deve ter sido muito menor e, alem disto, muito quente no seu passado.

Por volta de 1940, pesquisadores como George Gamov propuseram a teoria do Big Bang, para a qual foram descobertas evidências em 1964; Enrico Fermi e Fred Hoyle estavam entre os que duvidavam entre 1940 e 1950. Hoyle havia denominado a teoria de Gamov Big Bang de forma a ridicularizá-la. No presente, ela é um dos principais resultados da cosmologia.

Logo, com a II Guerra Mundial, a Física foi utilizada para desenvolver armas e equipamentos de defesa. Surge então, a Internet (como meio de comunicação entre as tropas americanas), o botox (como material que seria utilizado para desenvolver fardas à prova de balas), os primeiros trabalhos para a criação do GPS e de satélites de comunicação. Mas, talvez o grande desenvolvimento que a II Guerra trouxe foi a grande expansão da Física Nuclear; possibilitando a criação de equipamentos médicos para o tratamento de diversas doenças, e melhoria de materiais e, principalmente, a criação e a utilização da bomba atômica pelo exército dos Estados Unidos.

O desenvolvimento da bomba atômica (termo não adequado para esta bomba) se deveu, em grande parte, a contratação de diversos físicos notórios de várias partes do mundo; entre eles, Albert Einstein. Einstein participou dos primeiros testes com a bomba no Novo México, mas não teria ideia da destruição humana que a bomba causaria quando utilizada. Dizem alguns historiadores que Einstein não sabia que a bomba seria utilizada no combate. Mas, a bomba foi utilizada no Japão, nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, causando uma destruição sem precedentes na história humana.

Surge então uma grande discussão filosófica com a criação e explosão das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki, no Japão. Einstein e outros físicos importantes para a época colaboraram para a criação da bomba se arrependeram e se tornaram permanentemente contrários a construção e a utilização deste tipo de armamento.

"Apesar da visão e da sabedoria clarividente de nossos estadistas na época da guerra, os físicos sentiram uma responsabilidade muito particular por terem sugerido, apoiado e, enfim, conseguido, em grande parte, desenvolver as armas atômicas. Não se pode também esquecer que essas armas, por terem sido utilizadas efetivamente, dramatizaram impiedosamente a desumanidade e a maldade da guerra moderna. Falando cruamente, sem nenhuma vulgaridade ou hipérbole, os físicos conheceram o pecado; e esse é um conhecimento que jamais poderão esquecer."

Robert Oppenheimer,
físico teórico líder do projeto Aliado que deu impulso à fabricação da bomba atômica,
assinalando uma nova responsabilidade aos físicos.

Os termos deste novo relacionamento com os militares serão fortemente marcados quando Oppenheimer teve seu passe de segurança revogado em uma audiência muito divulgada durante o auge da era McCarthy onde foram levantadas suspeitas a respeito de sua lealdade.

Durante este processo deu-se a invenção do cíclotron por Ernest O. Lawrence em 1930 (o ciclotron foi a base para a invenção dos fornos de microondas). A física no período pós-guerra entrou em uma fase que os historiadores têm chamado de "grande ciência", requerendo enormes maquinas, construções, e laboratórios de forma a testar suas teorias e avançar para novas fronteiras. O financiador principal da física tornou-se o governo, que reconheceu que o suporte a pesquisa "básica" poderia frequentemente levar a tecnologias úteis tanto para aplicações militares como industriais.

A eletrodinâmica quântica, a qual descreve a interação eletromagnética, formulada com o objetivo de estender a mecânica quântica de forma a se tornar consistente com a relatividade restrita por Dirac em 1928. A partir desta a teoria do campo quântico obtém a sua forma moderna no final de 1940 com o trabalho de Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga, e Freeman Dyson.

A teoria do campo quântico proveu um arcabouço para a física de partículas moderna, a qual estuda forças fundamentais e partículas elementares. Em 1954 Yang Chen Ning e Robert Mills desenvolveram uma classe de teoria de gauge, a qual serviu de base para o modelo padrão. O modelo padrão, completado em 1970, descreve com sucesso a maior parte das partículas observadas até nossos dias.