Enceladus, a Lua de Saturno, via CARJ.

Mais um forte candidato à vida no Sistema Solar…

***** EVIDÊNCIAS APONTAM A PEQUENA LUA ENCELADUS DE SATURNO, COMO FORTE CANDIDATA A TER VIDA *****

Enceladus, a pequena lua gelada de Saturno, pode ser um possível lar para a vida.

Não julgue pelo tamanho ou pelo seu exterior, pois esta lua de Saturno, pode manter um potencial para a vida dentro de sua crosta gelada. A nave Cassini capturou esta imagem em 27 de novembro de 2016, usando sua câmera de ângulo estreito.

Ao longo da missão Cassini, observações têm mostrado que Enceladus (313 milhas ou 504 quilômetros de diâmetro) não só tem jatos aquosos enviando grãos de gelo para o espaço, sob a sua crosta gelada, como também tem um oceano global e pode ter atividades hidrotermais, como bem disseram os oficiais da NASA, em uma descrição sobre essa imagem: “Uma vez que os cientistas acreditam que a água líquida é um ingrediente-chave para a vida, as implicações para futuras missões à procura de vida em outras partes do nosso sistema solar, poderiam ser significativas”.

A nave espacial Cassini usou sua câmera de ângulo estreito e um filtro verde para destacar a imagem do hemisfério de Encelado, em Saturno, em 27 de novembro de 2016 (a NASA lançou a imagem em 6 de fevereiro deste ano). A espaçonave estava a mais de 80.000 milhas (129.000 quilômetros) de Enceladus na época, de acordo com a descrição da NASA.

CRÉDITOS: Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Galileu e o Heliocentrismo. Via OPEN MIND.

Prohibido girar alrededor del Sol.

Eppur si muove (y pese a todo, se mueve). Es una de las citas más famosas de la historia de la ciencia, aunque es dudoso que el astrónomo italiano Galileo Galilei (15 de febrero de 1564 – 8 de enero de 1642), a quien se le atribuye, llegara jamás a pronunciarla. Y menos ante la Inquisición que le obligó a retractarse de su teoría heliocéntrica. Pero la aparición de estas palabras camufladas en un retrato de Galileo pintado por la Escuela de Murillo tras la muerte del científico las ha incorporado al acervo popular, fundando la idea de que el eminente astrónomo nunca renunció a su convicción.

Galileo fue condenado por su teoría de que la Tierra giraba en torno al Sol, y no al contrario; una idea que el 24 de febrero de 1616 la Inquisición de la Iglesia Católica declaró “formalmente herética”, además de “ridícula y absurda en su filosofía”. El heliocentrismo se había convertido en materia de discusión teológica a raíz de la obra de Galileo Sidereus Nuncius (Mensajero sideral), publicada en 1610. En ella el astrónomo aportaba sus observaciones telescópicas para apoyar la hipótesis heliocéntrica; una idea que, sin embargo, llevaba circulando en los tratados celestes durante casi un siglo.

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El heliocentrismo fue un planteamiento acariciado desde la antigüedad, atribuyéndose su primera formulación en el mundo occidental al matemático griego Aristarco de Samos en el siglo III antes de Cristo. Sin embargo, fue el polaco Nicolás Copérnico quien en 1543 refutó el sistema geocéntrico de Ptolomeo en su libro De revolutionibus orbium coelestium (Sobre las revoluciones de las esferas celestes), publicado poco antes de su muerte y que originó otra expresión prestada de la ciencia a la lengua popular: el giro copernicano. Pero aunque la obra de Copérnico se considera fundacional de la ciencia astronómica, curiosamente en su día la teoría copernicana no levantó los recelos de la Iglesia Católica, que la contemplaba como una hipótesis matemática y no como un fenómeno físico real.

Fue Galileo quien transformó el heliocentrismo en una explicación de la naturaleza, al lograr una observación del firmamento inédita hasta entonces gracias a su invención en 1609 del primer telescopio funcional. Entre otras razones, las cuatro lunas de Júpiter descubiertas por Galileo refutaban la idea de que todos los cuerpos celestes giraban alrededor de la Tierra como centro del universo, y las fases de Venus sugerían que este planeta orbitaba en torno al Sol. La defensa del heliocentrismo como una idea práctica comenzó a incomodar a la Iglesia Católica, que mantenía la interpretación literal de la Biblia según la cual la Tierra es inmóvil, mientras que el Sol sale y se pone.

Pero de hecho no fue la publicación de la obra de Galileo lo que comenzó a suscitar la reacción de la Iglesia, sino una carta que el astrónomo envió en 1613 a su antiguo alumno Benedetto Castelli, y en la que sugería que la interpretación de la Biblia debía ser flexible y no contradecir las observaciones de la naturaleza. En febrero de 1615, una copia de la carta llegó a manos de la Congregación del Santo Oficio, que el 19 de febrero del año siguiente convocaba una comisión de teólogos para dictaminar sobre las afirmaciones de Galileo. Seis días después, la comisión publicaba su veredicto, ordenando a Galileo mediante un requerimiento que abandonara su “opinión de que el Sol se sitúa en el centro del mundo y la Tierra se mueve”, y que se abstuviera de “sostenerla, enseñarla o defenderla de cualquier manera, oralmente o por escrito”. De otro modo, proseguía el documento, el Santo Oficio emprendería “procedimientos contra él”. Según precisa el acta del dictamen, Galileo “accedió a este requerimiento y prometió obedecer”.

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A raíz de aquel episodio la Iglesia prohibió las obras de Copérnico y Galileo. Sin embargo, en 1632 el italiano se ratificaba en sus ideas en su obra Diálogos sobre los dos máximos sistemas del mundo, lo que le llevó a ser juzgado por la Inquisición. El 22 de junio de 1633 el astrónomo era condenado por herejía y sentenciado a prisión indefinida, lo que le llevó a abjurar de sus ideas por escrito y a dar pie a la leyenda de la frase que difícilmente llegó a pronunciar. Al día siguiente su pena fue conmutada por un arresto domiciliario. La prohibición de las obras de Copérnico y Galileo se mantuvo hasta 1835, y no fue hasta 1992 cuando el Papa Juan Pablo II reconoció “el error de los teólogos de la época”, precisando que “a la Biblia no le conciernen los detalles del mundo físico, cuya comprensión es competencia de la experiencia y el razonamiento humanos”.

Sin embargo, para el jesuita y astrónomo George Coyne, antiguo director del Observatorio Vaticano, la declaración de Juan Pablo II perpetúa “un mito” al referirse al caso de Galileo como una “trágica incomprensión mutua”. “Es un caso histórico genuino de un contraste real y continuado entre una estructura eclesiástica de autoridad intrínseca y la libertad para buscar la verdad en cualquier empeño humano”, valora Coyne para OpenMind. Según el astrónomo, no se ha reconocido explícitamente la “tragedia” que supuso poner fin a la carrera del que fue “un pionero de la ciencia moderna”.

Galileo murió en 1642, ciego a causa de un glaucoma y aún en arresto domiciliario. ¿Eppur si muove? Lo cierto es que nunca rompió su juramento. Poco antes de morir, escribió: “La falsedad del sistema copernicano no debería ponerse en duda de ninguna manera, y sobre todo no por nosotros católicos, que tenemos la innegable autoridad de las Sagradas Escrituras, interpretadas por los mejores teólogos”. Pero también añadió: “Si las observaciones y conjeturas de Copérnico son insuficientes, las de Ptolomeo, Aristóteles y sus seguidores son en mi opinión aún más falsas”.

Javier Yanes para Ventana al  Conocimiento

@yanes68

Águias do Leste. Escola Estadual Amélio de Carvalho Baís. Análise de Livro didático (Relatividade)

A Teoria da Relatividade em Livros Didáticos (Segunda Análise)

A Teoria da Relatividade é um assunto que permeia o imaginário de leigos e artistas. As consequências desta teoria sobre o espaço e o tempo tornam plausíveis alguns conceitos antes vistos como fictícios como viagens no tempo, dobras espaciais, efeitos que violam a causalidade, hiperdimensões, entre outros.
Muitos autores tentam apresentar essa teoria em linguagem acessível ao público geral, muitos destes escritores atribuem todo mérito a “genialidade” de um único pesquisador, Albert Einstein, e mostram os efeitos “maravilhosos” desta teoria como a transformação de massa em energia. Infelizmente estes dois exemplos estão equivocados: a Relatividade é uma obra coletiva de vários pesquisadores, incluindo Einstein, e muitas das ideias mirabolantes como a “transformação de massa em energia” são interpretações equivocadas.
O historiador, professor doutor Roberto de Andrade Martins, tem se dedicado em analisar diversos pontos da Teoria da Relatividade e apresentar os equívocos conceituais e históricos cometidos por muitos autores, por isso boa parte desta análise foi alicerçada nos trabalhos de Martins.
Atualmente, há uma preocupação dos autores de livros didáticos em apresentar as teorias que constituem a Física Moderna, portanto é pertinente verificar se os conceitos apresentados apresentam distorções e equívocos conceituais e históricos, pois como salienta Martins (1998, p.300):

É preciso saber simplificar as idéias mais complicadas, mas sem falseá-las, pois um erro, depois de assimilado, dificilmente é erradicado.

Visto que o primeiro contato formal de muitos estudantes com a  Relatividade ocorre nos livros didáticos e que professores podem não ter tido uma boa formação em Física Moderna, em especial em Teoria da Relatividade, estes equívocos podem não apenas passar despercebidas, mas se tornarem verdades a qual o aluno, posteriormente, poderá se recusar a abandonar.
Os tópicos de Física Moderna , em geral, são apresentados no terceiro volume das coleções de livros didáticos, portanto já enfatizamos que: não analisaremos outros volumes da coleção, salvo aquele onde é apresentada a Teoria da Relatividade e não faremos a análise do conteúdo de Física Quântica.
Já realizamos a análise do livro Tópicos de Física, Volume 3 (Doca, Villas Boas, Biscuola, 2012), agora realizaremos a análise do livro Fundamentos da Física (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009), popularmente chamado de livro do “Ramalho” e que, pesquisando informalmente em fóruns de estudo em física, parece agradar muitos alunos.
Embora esse livro apresente edições mais modernas, parece que o conteúdo não sofreu grandes alterações, infelizmente só tive acesso a versão mais recente quando fiz a escolha do livro didático na escola em que estava lotado e um dos critérios era analisar o conteúdo de física moderna. Caso eu consiga uma edição mais atualizada, apresento um texto discutindo as mudanças e acréscimos, se houverem, a esta postagem.
Ricardo Capiberibe Nunes –

Os tópicos de Teoria da Relatividade são apresentados na Parte 4 (Introdução à Física Moderna), capítulo 18 (Relatividade Especial).
O capítulo é dividido em 11 sessões:
  1. Introdução
  2. Relatividade na Física Clássica
  3. Relatividade Galileana
  4. Experiência de Michelson-Morley
  5. Relatividade de Einstein
  6. Modificações na Relatividade Galileana
  7. Contração do Comprimento
  8. Dilatação do Tempo
  9. Composição Relativística de Velocidades
  10. Massa e Energia
  11. Energia e Quantidade de Movimento
Apesar do grande número de sessões, os autores são bastante breves e objetivos, então não será necessário um tópico para cada sessão. Começaremos pela Introdução, que já apresenta alguns erros:

No início do século XX, desenvolveram-se dois sistemas teóricos que modificaram profundamente as bases da Física Clássica. Um deles foi a teoria dos quanta, elaborada por Max Planck (1858-1947), e o outro foi a teoria da relatividade de Albert Einstein (l879-l955) (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.410)

A teoria dos quanta não foi proposta por Planck, a teoria dos quanta foi desenvolvida, gradativamente, por Planck, Einstein, Rutherford, Bohr, Born, Schordinger, De Brolie, Heinsenberg, entre muitos outros.

Sobre essa questão gostaríamos apenas de citar o trabalho de Martins et Rosa (2014, p.34):

Costuma-se dizer que nesses trabalhos Planck assumiu que a energia E dos osciladores seria sempre um múltiplo da constante de Planck h multiplicada pela frequência v de oscilação: E = nhv. Na verdade, Planck não fez esse tipo de hipótese.

Não iremos nos delongar nas questões fundamentais do desenvolvimento da teoria dos quanta, àqueles que tiverem interesse podem consultar Martins et Rosa (2014), o que queremos mostrar é que a atribuição a Planck como elaborador da teoria dos quanta é incorreta, assim como o mérito da elaboração da teoria da Relatividade a Einstein.

Quando Albert Einstein publicou seus primeiros artigos sobre a relatividade em 1905, essa teoria já estava quase completamente desenvolvida. Sob o ponto de vista de novos resultados científicos, esses trabalhos de Einstein não trouxeram muitas contribuições novas. (Martins, 2015, p.225).

O mesmo pode ser dito sobre as contribuições posteriores a esta teoria:

[…] A maior parte do desenvolvimento posterior da teoria da relatividade especial foi também realizada por outros pesquisadores – e não por Einstein (Id Ibid, 2015, p.225).

Então qual foi a importância de Einstein?

Ele [Einstein] utilizava uma concepção epistemológica diferente, interpretando de outra forma os resultados obtidos.  (Id Ibid, 2015, p.225).

Em quem eram os outros pesquisadores que contribuíram para a Teoria da Relatividade Especial? Citando alguns nomes temos: Voigt, Lamor, Fitzgerald, Lorentz, Michelson, Morley, Abraham, Thomson, Buceherer, Kaufmann, Lawrence, Poincaré, Minkowsky, Sommerfeld, Planck, Von Laue.

Portanto atribuir a Einstein todo o mérito da Teoria da Relatividade é incorreto e, dado a complexidade da teoria1, absurdo.

Sigamos com a nossa análise, agora indo para a primeira sessão, Relatividade na Física Clássica. Inicialmente os autores discutem que a origem do princípio da relatividade é anterior a Einstein, citando que Galileu e Newton já faziam uso dessa premissa. Os autores apresentam a composição de velocidade dentro da teoria clássica, exemplificando com dois carros (A e B) que se deslocam na mesma direção, mas em sentidos contrários. Após calcularem as velocidades relativas usando as transformações clássicas, é feita a seguinte observação:

Entretanto, se as velocidades de A e B forem comparáveis à velocidade da luz no vácuo (c – 300.000 km/s)2, o mesmo método conduzirá a resultados errados, Tais velocidades, impossíveis para aviões e carros, são possíveis para elétrons e outras partículas elementares. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.410)

É preciso ter um certo cuidado como uso das palavras. O termo “errado”  pode conduzir o aluno a ter premissas equivocadas. Algumas pessoas que leem a respeito da Física Moderna dizem que a Teoria da Relatividade e a Física Quântica mostraram que a Mecânica Clássica está “errada”.3

Um exemplo de como o emprego da palavra “errado” não é aplicável, está na análise de conceitos físicos.

Não existem conceitos “errados”. Pode-se definir qualquer tipo de grandeza, em física, desde que sejam evitadas contradições. Um conceito físico coerente pode ser útil ou inútil, adequado ou inadequado, mas não correto ou errado. (Martins, 2012, p.114)

Seria mais adequado os autores explicarem que a mecânica clássica e mecânica relativística apresentam resultados numéricos equivalentes, ou que há uma boa concordância entre os resultados previstos e os medidos, quando as velocidades relativas são pequenas em comparação a velocidade da luz, contudo para velocidades relativas próximas a velocidade da luz, as duas teorias deixam de ter concordância, pois predizem resultados diferentes e é a mecânica relativística que apresenta maior concordância entre o predito e o medido. É por essa razão

Essa explicação permite entender porque mesmo com advento a da Teoria da Relatividade a Mecânica Clássica ainda é ensinada e utilizada por físicos e engenheiros, pois para velocidades relativas muito menores que a velocidade da luz há uma boa concordância dos resultados preditos pelas duas teorias e a Mecânica Clássica é mais simples de ser empregada.

Outro ponto que precisa ser observado é que o exemplo do elétron e de partículas elementares não é uma boa escolha. Antes da publicação dos trabalhos de Einstein, já existiam pesquisas envolvendo cargas elétricas em altas velocidades.

Costuma-se pensar que a teoria da relatividade especial foi criada por Albert Einstein, em 1905. No entanto, quando Einstein era uma criança e ainda não sabia ler nem escrever, já se discutia um dos principais efeitos relativísticos: a influência da velocidade na massa. (Martins, 2005, p.11)

Os resultados destas investigações não levantaram a hipótese de se reformular as transformações clássicas já que os resultados poderiam ser explicadas dentro do próprio electromagnetismo, sem comprometer a integridade da mecânica clássica. Um importante exemplo está na equação obtida por Searle, em 1896, que relaciona a variação da inércia com a velocidade.

A equação obtida por Searle mostrava que a energia do campo eletromagnético de uma carga em movimento tenderia a infinito, quando a velocidade da carga tendesse a c. Portanto, seria necessário fornecer um trabalho infinito para acelerar essa carga até a velocidade da luz. Por essa razão, Thomson e Searle concluíram que era impossível acelerar uma carga a uma velocidade igual ou superior a c. Esse é um resultado bem conhecido da teoria da relatividade, que estava no entanto sendo deduzido a partir de considerações puramente eletromagnéticas, sem fazer uso dos postulados da relatividade especial. (Id Ibid, 2005, p.16).

Agora vamos comparar esse episódio com o parágrafo que vem a seguir:

Assim, para tais velocidades, os princípios propostos por Galileu e Newton não são válidos, pois conduzem a resultados errados, segundo provas experimentais obtidas em laboratório. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.410).

Como o exemplo usado pelos autores se baseia em elétrons e partículas elementares, esta afirmação não é correta. Como já foi mencionado, fenômenos envolvendo cargas em alta velocidades eram explicados apenas usando considerações eletromagnéticas. Nestas experiências não havia discrepância entre os fenômenos observados e os princípios de Galileu e Newton, portanto não era necessário uma reinterpretação da mecânica clássica.

Então qual foi a experiência que levou aos físicos a reinterpretarem as bases da física clássica? Trata-se de duas experiências realizadas pelo físico Abraham Michelson (1852-1931) com o auxílio do químico Edward Morley (1838-1923): uma em 1886 que apresentou resultados favoráveis a teoria do Éter estacionário de Fresnel, e uma experiência de 1887 cujos resultados eram compatíveis com a teoria do Éter viscoso de Stokes. (Martins, 2012, p.15-18). Deixaremos para discutir mais detalhadamente o significado destas experiências quando analisarmos a sessão 4 (Experiência de Michelson-Morley).

Para concluir, é importante salientar que os erros apontados nessa sessão surgem sempre que o autor tenta justificar a necessidade da Teoria da Relatividade como uma reposta a incompatibilidades entre os resultados preditos pela mecânica e os resultados aferidos.

A teoria da relatividade não nasceu do estudo da mecânica, e sim do eletromagnetismo e da óptica. As equações básicas do eletromagnetismo, chamadas de “equações de Maxwell” (embora não tenham sido apresentadas por Maxwell na forma que as conhecemos), foram inicialmente formuladas como leis que se aplicavam apenas ao estudo de fenômenos descritos em relação a um referencial parado em relação ao éter. Imaginava-se, inicialmente, que os fenômenos eletromagnéticos poderiam ser diferentes quando estudados em relação a referenciais em movimento em relação ao éter. No entanto, como a experiência não mostrou a possibilidade de detectar o movimento da Terra em relação ao éter, foi necessário tornar o eletromagnetismo independente de um referencial privilegiado (o éter). As quatro leis de Maxwell não precisaram ser alteradas; mas foi necessário introduzir certas relações entre as grandezas eletromagnéticas medidas em relação a diferentes referenciais. (Martins, 2012, p.08).

Passemos para a sessão 3 (Relatividade Galileana).

A primeira observação necessária é sobre o termo referencial inercial que os autores empregam várias vezes nesta sessão e nas próximas, mas que não foi definido em momento algum no presente capítulo. Seria pertinente apresentar o conceito de referencial inercial, mesmo que este conceito tenha sido definido em outro capítulo ou em outro volume, pois favorece a aprendizagem do aluno que não se recorde deste conceito e serve de reforço positivo para os alunos que se recordam.

Deve-se ter cuidado em estabelecer uma definição de referencial inercial, há autores de divulgação científica que apresentam definições incorretas que acarretam em ligações não lógicas, uma análise do mal uso deste conceito pode ser visto em (Martins, 1998, p.269) e (Op cit, p.283).

Uma definição de referencial inercial pode ser vista em Martins (2012, p.01-02):

Um referencial inercial é,essencialmente, aquele em relação ao qual vale a lei da inércia – ou seja, se um corpo não está submetido a forças externas, então, quando ele é observado a partir de um referencial inercial, ele fica parado ou se move em linha reta, com velocidade constante. No entanto, o mesmo objeto, quando observado a partir de um outro referencial (não inercial), pode estar se movendo em uma trajetória curva, ou estar acelerado.

O que segue é uma dedução das transformações clássicas, denominadas de transformações de Galileo por Philipp Frank em 1909 (Bassalo, 2006, p.01), estas deduções seguem o mesmo exemplo proposto por Allonso et Finn (1994, p.114-119). Nesta sessão há uma afirmação historicamente incorreta:

Considere, agora, dois relógios idênticos: um A, fixo ao sistema R e outro B, fixo ao sistema R’ (figura 3). Sejam t o instante de tempo indicado por, A e t’ o indicado por B Galileu admite que: t=t’ . Isto é, o instante de tempo lido em B e correspondente a um evento qualquer é idêntico ao instante de tempo lido em A, correspondente ao mesmo evento (princípio da simultaneidade) (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.412).

Na verdade, a ideia de que os tempos são iguais para dois referenciais não foi proposto por Galileu, mas sim por Newton em sua obra Principia. Galileu não desenvolveu o conceito de referencial inercial, Galileu considerava movimentos de rotação como movimentos naturais. (Martins, 1994).

Também seria pertinente os autores observarem que as Transformações de Galileu foram assim chamadas pelo físico Philipp Frank em 1909, embora Galileu não as tenha deduzido. Esse esclarecimento é necessário, pois muitas pessoas podem atribuir o crédito a Galileu, pois estas transformadas recebem seu nome.4

A sessão quatro (Experiência de Michelson-Morley) apresenta diversos erros conceituais e históricos. Comecemos analisando a seguinte afirmação, a respeito do éter:

Como o éter era um meio hipotético, cuja existência jamais fora provada, em 1887 os cientistas Michelson e Morley realizaram, em Cleveland (Estados Unidos), uma experiência para verificar sua existência. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.413).

Esta afirmação está completamente errada, o objetivo das experiências de Michelson e de Morley nunca foi provar a existência do éter, mas medir a velocidade da Terra em relação ao Éter.

Michelson, como a quase totalidade dos físicos da época, não colocava em dúvida a existência do éter, e por isso nunca pensaria em testar a sua existência. O que ele estava tentando fazer, em seus famosos experimentos, era medir a velocidade da Terra através do éter, admitindo o modelo de Fresnel de um éter estacionário (ou seja, que não era arrastado pela própria Terra). O resultado obtido, contrário à expectativa, podia ser interpretado de muitos modos diferentes. Albert Michelson não rejeitou os resultados do experimento, evidentemente, mas adotou uma interpretação que é diferente da relativística, posterior. (Martins, 1998, p.266).

Os autores também argumentam que não existiam experiências favoráveis a existência do éter, isto não é verdade. A teoria do Éter estacionário de Fresnel previa um arrastamento parcial do Éter em substancias transparentes e que poderia ser verificado experimentalmente. Com efeito, a experiência foi realizada por Armand-Hippolyte-Louis (1819-1896).

No ano seguinte (1851), Fizeau fez um experimento destinado a testar a hipótese do arrastamento do éter pelos corpos em movimento. O princípio básico do experimento era fazer a luz atravessar um tubo com água em movimento, e medir a velocidade da luz nos dois sentidos, para ver se existia o arrastamento parcial da luz previsto por Fresnel. No entanto, como a variação prevista para a velocidade da luz era muito pequena, seria impossível fazer as medidas e compará-las diretamente. Assim, Fizeau elaborou uma aparelhagem que permitia comparar as velocidades nos dois sentidos através de um fenômeno de interferência, sem precisar medir efetivamente as duas velocidades. (Martins, 2015, p.54)

Segundo a teoria ondulatória, defasagem sofrida pela luz deveria produzir um deslocamento δ das franjas de interferência.

A previsão teórica, a partir da teoria de Fresnel, era de um deslocamento das franjas igual a δ = 0,20 franjas. Se houvesse arrastamento total do éter pela água, o efeito seria de 0,46 franjas; sem nenhum arrastamento, o efeito seria zero. O resultado experimental foi um deslocamento de 0,23 franjas, confirmando assim a teoria. Fazendo depois uma experiência com ar, em vez de água, Fizeau não observou nenhum efeito. Esse resultado era compatível com a teoria, pois nesse caso o índice de refração é muito próximo de 1, e o deslocamento previsto era inferior à sensibilidade do experimento. O experimento de Fizeau proporcionou uma impressionante confirmação da teoria de arrastamento do éter, de Fresnel. Como a teoria do éter de Stokes não previa o fenômeno observado, ela foi deixada de lado por quase todos os físicos, a partir desse momento. Parecia, portanto, que tudo estava claro, em meados do século XIX: a luz era realmente uma onda do éter, e o éter se comportava, nos corpos transparentes, exatamente como Fresnel havia previsto. (Martins, 2015, p.55-56).

A experiência de Fizeau foi realizada posteriormente por Michelson e Morley, em 1886, um ano antes da experiência citada pelos autores, que também obteve resultados favoráveis a hipótese de Fresnel. (Martins, 2015, p.77). Entre os anos de 1851 e 1887 houveram outras experiências envolvendo efeitos ópticos causados devido ao movimento da Terra em relação ao Éter, detalhes podem ser consultados em Martins (2015, p.56-66). Portanto, para os pesquisadores, o Éter estava longe de ser apenas um meio hipotético, mas era uma substância real cujos efeitos previstos estavam em concordância com os dados medidos.

Vamos seguir com a nossa análise. A afirmação do parágrafo sequente também apresenta alguns problemas:

Eles consideraram que, se o espaço sideral estivesse preenchido por um “mar de éter” imóvel e a luz fosse realmente propagada através dele, a velocidade desta deveria ser afetada pela “correnteza de éter” resultante do movimento de translação da Terra. Em outras palavras, um raio de luz lançado no sentido do movimento da Terra deveria sofrer um retardamento, por causa da correnteza do éter, da mesma forma que um nadador é retardado pela correnteza da água ao nadar contra ela. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.413).

Já mencionamos que havia dois modelos de Éter: o Éter estacionário de Fresnel e o Éter viscoso de Stokes. Vejamos quais eram as diferenças conceituais entre estes dois modelos:

A teoria do Éter estacionário foi proposta por Augustin Jean Fresnel (1788-1827) e apresentava a seguinte concepção:

Fresnel admitia que esse meio [Éter] estava em repouso, em todo o universo – ou seja, o movimento da Terra não afetaria o éter, e este não seria movimentado ou arrastado pela Terra. O éter seria capaz de atravessar todos os objetos, por mais espessos que fossem. Com uma hipótese desse tipo era fácil explicar, por exemplo, a aberração da luz das estrelas (Martins, 2015, p.48)

A teoria do Éter viscoso foi proposta, em 1845, por George Gabriel Stokes (1819-1903), tratava-se de uma teoria mais simples que a de Fresnel e pode ser descrita da seguinte maneira (Martins, 2015, p.53):

Stokes propôs que o éter seria semelhante a um líquido viscoso, que aderia à superfície dos corpos, sendo quase totalmente arrastado pela Terra, ficando em repouso em relação a ela na região próxima ao solo. Tal arrastamento faz com que qualquer experimento óptico puramente terrestre independa do movimento da Terra.

As experiências de Fizeau eram favoráveis a um Éter Estacionário, como proposto por Fresnel. Michelson e Morley estavam estudando o movimento da Terra tendo como modelo o Éter Estacionário.

A melhor analogia para este modelo é comparar o Éter com uma massa de ar estacionária, pois a viscosidade do ar é muito pequena (na ordem de 10-5 Pa.s), esta analogia foi empregada por Maxwell, que admitia a existência de Éter estacionário, em um trabalho de 1879 para a Encyclopaedia Britannica. Maxwell acreditava que o deslocamento da Terra no Éter pudesse sugerir uma espécie de “vento de Éter”, da mesma forma que o movimento relativo entre o corpo e uma massa de ar produz o que chamamos de vento e uma onda sonora pode ser arrastada pelo vento, o “vento de Éter”, poderia arrastar a luz implicando em uma defasagem para raios que viagem em diferentes sentidos. Essa defasagem resultaria um deslocamento das franjas que poderia ser estimado usando o modelo de Fresnel e comparado com as medidas experimentais. (Martins, 2015, p.67-68).

Na analogia dos autores, fica difícil entender o efeito que estava sendo procurado. Seria preciso, primeiramente explicar como a correnteza poderia afetar a velocidade de uma onda na superfície do mar, para daí então estabelecer uma analogia entre a luz, uma onda no éter, e a “correnteza”, além disso os autores estão comparando um feixe de luz com um nadador, mas um nadador não é uma onda marítima, em outras palavras, um nadador não é uma pertubação do mar, ele é um ente material. Essa comparação seria tolerável em um modelo corpuscular da luz que se propaga pelo Éter, mas este não é o caso. A luz é interpretada como uma pertubação no Éter, portanto qualquer analogia deve respeitar a natureza ondulatória da luz.

Portanto a analogia empregada no livro não está bem estruturada, seria mais fortuito usar uma analogia semelhante a proposta por Maxwell, como a maioria dos autores fazem.

Suponhamos que (como Fresnel propôs) o éter está parado em todo o universo e a Terra se desloca através do éter. Nesse caso, em relação à Terra, teríamos algo semelhante a um “vento de éter” passando por nós. Como a luz é uma onda do éter, sua velocidade seria influenciada diretamente por esse vento de éter – exatamente como a velocidade do som é influenciada pelo vento. Se o éter estiver passando pela superfície da Terra em uma certa direção, então a luz deve levar menos tempo para ir de um ponto para outro quando estiver se movendo paralelamente ao de éter, no mesmo sentido; e gastará mais tempo entre os mesmos pontos se estiver se deslocando no sentido oposto ao do vento do éter. (Martins, 2015, p.67)

Ainda nessa sessão encontramos uma explicação breve sobre o interferômetro usado na experiência de Michelson e Morley e na legenda da segunda imagem encontramos a seguinte afirmação:

A propagação da luz nas direções normal e paralela à da “correnteza de éter” não altera sua velocidade, fato que invalida a hipótese da existência do éter. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.414, itálico nosso).

E nos parágrafos abaixo segue a conclusão desta sessão, reforçando que a experiência de Michelson e e Morley invalidava a hipótese do éter.

Michelson e Morley esperavam encontrar valores diferentes para os intervalos de tempo ∆tl e ∆tll, segundo cálculos teóricos previamente feitos. A diferença de tempo ∆t =
∆tl – ∆tll  deveria ser detectada pela análise da interferência dos feixes de luz no anteparo. Contudo, realizada a experiência, conclusão foi perturbadora: não havia diferença entre os dois intervalos de tempo. Repetiram a experiencia várias vezes, em épocas e condições técnicas diferentes, chegando sempre à mesma conclusão. Eles provaram que nenhum efeito deve ser atribuído ao éter e, portanto, que não há razão de se supor sua existência, Dessa maneira, se a Física Clássica e as leis da Mecânica, de Newton, referiam-se a um sistrema de referência universal e estacionário relativamente ao éter (meio hipotético que deveria preencher o espaço sideral), a experiência de Michelson-Morley, revelando não haver éter, propunha que se abandonasse qualquer idéia de sistema de referência universal. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.414, itálico nosso).

Percebe-se que tanto na legenda quanto nos parágrafos que fecham essa sessão os autores enfatizam que a Experiência de Michelson-Morley foi decisiva para o abandono do Éter, porém essas afirmações são completamente inverídicas.

O resultado obtido, contrário à expectativa, podia ser interpretado de muitos modos diferentes. Albert Michelson não rejeitou os resultados do experimento, evidentemente, mas adotou uma interpretação que é diferente da relativística, posterior. Por outro lado, nem o experimento de Michelson e Morley nem qualquer outro experimento permitem estabelecer a não existência do éter. Ao contrário do que popularmente se divulga, não existe nenhuma prova de que ele não existe: simplesmente a teoria da relatividade (no sentido de Einstein) adotou o princípio epistemológico de que não se deve utilizar na Física entes que não sejam observáveis, e assim rejeitou o éter, porque ele não havia sido detectado por meio de certas experiências. Outras pessoas aceitaram exatamente os mesmos experimentos, mas adotaram uma interpretação diferente (aceitando o éter), por utilizarem princípios epistemológicos diferentes (por exemplo, Poincaré). (Martins, 1998, p.266-267).

Portanto segue a pergunta: o que significou a experiência de Michelson e Morley? Vamos antes apresentar uma síntese do que já discutimos a respeito do Éter.

Como já dissemos, existiam dois modelos de Éter: um estacionário, proposto por Fresnel, e outro viscoso, proposto por Stokes. Embora o modelo de Stokes fosse mais simples, as experiências realizadas eram mais favoráveis ao Éter de Fresnel. Maxwell propôs uma experiência que a princípio poderia ser usada para medir a velocidade da Terra em relação ao Éter, pois na análise do físico, este movimento poderia produzir uma espécie de vento do Éter. Porém, Maxwell morreu antes de poder testar a sua hipótese.

Em 1881, Michelson construiu um interferômetro e tentou medir a velocidade da Terra em relação ao Éter, o resultado da experiência era favorável a teoria de Stokes. Como instrumento não apresentava uma boa precisão, era impossível concluir se o resultado era uma prova que o Éter é viscoso ou se era apenas um problema de imprecisão da medida. Em 1886, Michelson com o auxílio de Morley, repetiu a experiência de Fizeau, usando um equipamento bastante sensível, e obteve um resultado favorável a teoria de Fresnel. Contudo, em 1887, Michelson e Morley repetiram a experiência de 1881, mas com um interferômetro muito mais sensível, o resultado obtido foi semelhante ao resultado da experiência de 1881, e favorecia a hipótese de Stokes (Martins, 2015, p.63-79).

Deixando de lado o experimento de 1881 – que não era conclusivo – agora, em 1887, Michelson dispunha de dois excelentes resultados. Um confirmava a teoria de Fresnel para o arrastamento do éter por corpos transparentes; o outro refutava a teoria de Fresnel para o éter estacionário. Seria possível explicar os dois experimentos com uma única teoria? Aparentemente, não. A teoria de Stokes explicava o resultado nulo do experimento com o interferômetro, pois segundo essa teoria o éter era arrastado nas vizinhanças da Terra, não existindo o vento de éter. Mas essa teoria não previa o arrastamento parcial do éter pelos corpos transparentes. Seria preciso elaborar uma nova teoria do éter, ou descobrir algum modo não muito evidente de conciliar uma das teorias existentes com os resultados obtidos. (Martins, 2015, p.63-79).

Podemos encerrar essa sessão com as seguintes conclusões: foram as tentativas de medir a velocidade da Terra em relação ao éter, e não a tentativa de verificar a existência desta substância, que levaram os pesquisadores a uma situação paradoxal: uma experiência era favorável a um Éter estacionário, que não era arrastado pela superfície da Terra, e uma outra experiência era favorável a um Éter viscoso, arrastado pela superfície da Terra. Foram as tentativas de resolver esse paradoxo por vários pesquisadores, não somente Einstein, que conduziram a elaboração do que se chama de Teoria da Relatividade Especial.

O capítulo cinco é bastante breve, os autores se limitam a transcrever os dois postulados que são apresentados no artigo de 1905 de Einstein.

O primeiro postulado, o Princípio da Relatividade, está enunciado de maneira correta. É preciso enfatizar que Einstein não foi o primeiro a defender o Princípio da Relatividade como uma lei exata, mas Henri Poincaré (1854-1912). Em 1895,  Poincaré já defendia o Princípio da Relatividade como uma lei exata, posteriormente, em 1902, ele publicou algumas de suas reflexões sobre a relatividade do movimento no livro A Ciência e a Hipótese, que Einstein e seus colegas leram e debateram entre 1902 e 1903 (Isaacson, 2007, p.99).

O segundo postulado, Constância da Velocidade da Luz, está enunciado de maneira incorreta. No artigo de 1905, Einstein apresenta o seu segundo postulado com estas palavras:

Qualquer raio de luz move-se no sistema de coordenadas <<em repouso>> com uma velocidade determinada V, que é a mesma, quer esse raio seja emitido por um corpo em repouso, quer o seja por um corpo em movimento (Einstein, 1905, p.53).

Os autores apresentam o segundo postulado como:

A velocidade da luz no vácuo é uma constante universal. É a mesma para todos os sistemas inerciais de referência. Não depende do movimento da fonte de luz e tem igual valor em todas as direções (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.415).

Na verdade o que os autores chamam de segundo postulado, na verdade são quatro afirmações:

  1. A velocidade da luz no vácuo é uma constante universal.
  2. A velocidade da luz é a mesma para todos os sistemas inerciais de referência.
  3. A velocidade não depende do movimento da fonte.
  4. A velocidade da luz tem igual valor em todas as direções.
Portanto, não temos um segundo postulado, mas quatro postulados adicionais, onde somente o terceiro item está de acordo com a proposta original de Einstein.
Nesse ponto convém esclarecer que um postulado é uma afirmação tomada como verdadeira e que não pode ser demonstrada ou testada usando a própria teoria (Pires, 2011, p.304), porém as duas primeiras afirmações da lista, são teoremas decorrentes dos dois postulados originais, portanto percebemos que os autores criaram uma teoria sem conexão lógica, pois aquilo que eles assumem como parte do segundo postulado é demonstrável pela própria teoria.
O quarto item é um princípio conhecido como Isotropia do Espaço e não deveria ter sido postulado, pois trata-se de uma consequência do Princípio da Relatividade.
Ainda nesse breve capítulo encontramos a seguinte afirmação:

A velocidade da luz no vácuo é a velocidade limite no universo. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.415).

Contudo esta afirmação não está correta.

Na teoria da relatividade especial, a velocidade da luz no vácuo c tem um papel especial por ser um invariante. Os postulados da teoria da relatividade especial não afirmam que c é a maior velocidade possível. (Martins, 2012, p.83).

Na verdade o que pode-se demonstrar é que se um corpo se desloca em um referencia inercial com velocidade v menor do que a velocidade da luz no vácuo c, é impossível construir um referencial inercial onde a velocidade v do corpo seja maior ou igual a velocidade da luz. Partículas que se deslocam com velocidade inferior à velocidade da luz no vácuo são chamadas de brádions. (Martins, 2012, p.91)

De maneira semelhante pode-se provar que dois dois postulados decorre que a velocidade da luz no vácuo é mesma em todos referenciais inerciais, ou seja, é impossível construir um referencial inercial onde a velocidade da luz no vácuo seja diferente de c. Partículas que se movem na mesma velocidade que a luz no vácuo são chamadas de lúxons. (Id Ibid, 2012, p.91)

Por fim, dos dois postulados decorre que e um corpo se desloca em um referencia inercial com velocidade maior do que a velocidade da luz no vácuo c, é impossível construir um referencial inercial onde a velocidade do corpo seja menor ou igual a velocidade da luz. Partículas que se deslocam com velocidade superior à velocidade da luz no vácuo são chamadas de táquions. (Id Ibid, 2012, p.91)

A teoria da relatividade especial é compatível com velocidades maiores que a da luz, por exemplo, o ponto de intersecção entre duas réguas pode ter velocidades maiores que c, ainda que a velocidade relativa das réguas seja menor que c; a mancha produzida pela luz de um farol distante, que gira com velocidade angular w, em uma parede pode ser maior que a velocidade da luz, desde que o produto da distância do farol à parede (R) com a velocidade angular (w) seja maior que c. (Id Ibid, 2012, p.84-85).

Outra possibilidade, que também está em acordo com a a relatividade especial, é a emissão de táquions. Quando um corpo emite um lúxon, a partícula não é acelerada até atingir a velocidade c, o lúxon é emitido e absorvido com uma velocidade constante c. Um táquion, desde que seja emitido com uma velocidade superior à c, não violará os princípios da relatividade especial, na verdade, estas partículas hipotéticas e seus efeitos são estudadas dentro da teoria da relatividade especial (Id Ibid, 2012, p.89).

Portanto a velocidade da luz no vácuo é uma velocidade limite em um sentido especial: não pode acelerar um brádion para velocidades maiores ou iguais a velocidade da luz, da mesma forma que não pode desacelerar um táquion para velocidades menores ou iguais a velocidade da luz, e um lúxon não pode ser acelerado e nem desacelerado.

A próxima sessão, Modificações na Relatividade Galileana, é bastante curta, mas apresenta erros históricos. Os autores afirmam:

Considerando que a velocidade da luz no vácuo é a mesma em todos os referenciais inerciais, temos de modificar as transformações galileanas. As modificações encontradas por Einstein e que são conhecidas como transformações de Lorentz […] (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.415).

O primeiro erro está em afirmar que a velocidade da luz no vácuo é a mesma em todos os referenciais inerciais, esta afirmação não é um dos postulados propostos por Einstein e as transformadas de Lorentz não são uma consequência desse teorema.

Na verdade, o postulado da constância da velocidade da luz, por si só, permite obter um outro conjunto de transformadas conhecidas como transformadas de Voigt, que foram obtidas em 1887 por Woldemar Voigt (1850-1919) que estudava o efeito Doppler para luz (Martins, 2015, p.92-93), em notação moderna as transformadas de Voigt são (Id Ibid, 2015p.93):

x’ = x – v.t
y’ = y.√(1-v²/c²)
z’ = z.√(1-v²/c²)
t’ = t – v.x/c²

Esse conjunto de transformações conduzem a transformação relativística das velocidades, levam ao teorema que a velocidade da luz é a mesma em todos os referenciais inerciais, contudo não são as transformações adequadas para estudar a transformação de campos eletromagnéticos.
A transformação de Lorentz, bem como todos os resultados obtidos no trabalho de Einstein de 1905, é uma consequência do princípio da relatividade e da constância da velocidade da luz, não faz sentido excluir um dos postulados.
O outro erro nesse parágrafo é atribuição das Transformadas de Lorentz à Einstein. As transformadas do espaço e do tempo foram apresentadas por Sir Joseph Larmor (1857-1942) em 1900, em um livro chamado Éter e Matéria e foram apresentadas da seguinte maneira (Larmor, p.174, 1900):

√e.x’ = (x – vt)
y’ = y
z’ = z
t’ = √e.t – x’v/c²
e = 1 – (v/c)²

Curiosamente Larmor considera estas transformações como aproximações de segunda ordem em v/c. Somente em 1904, em um trabalho intitulado Fenômenos Eletromagnéticos em um Sistema que se Move com Qualquer Velocidade Inferior à da Luz, Lorentz provaria que as transformações de Larmor do espaço e do tempo eram exatas. Ainda neste trabalho, ele obteve as transformações exatas dos campos elétricos e magnéticos, exceto pela transformação de densidade de corrente que foi corrigida por Poincaré, em um artigo de 1905 (Martins, 2012, p.34). Convém observar que foi nesse artigo que Poincaré batizou essas transformações como Transformações de Lorentz. (Id Ibid, 2015, p.128-131).

Pode-se dizer, portanto, que foi Larmor (e não Lorentz) quem obteve pela primeira vez as “transformações de Lorentz”. Mas então, por que não damos a essas equações o nome de “transformações de Larmor”? O principal motivo é que essas equações só se tornam úteis, no eletromagnetismo, quando são acompanhadas pelas transformações corretas das grandezas eletromagnéticas (campo elétrico, campo magnético, densidade de corrente elétrica, etc.). E Larmor não conseguiu chegar a esse conjunto de transformações. (Id Ibid, 2015, p.126).

No trabalho de 1905, Einstein conseguiu obter as transformadas de Lorentz como uma consequência de seus dois postulados. É interessante frisar, que o trabalho Lorentz, de 1904, com a correções de Poincaré, fornece os mesmos resultados obtidos por Einstein. Portanto, antes que Einstein publicasse seus trabalhos, Lorentz e Poincaré já haviam desenvolvido uma eletrodinâmica dos corpos em movimento, consistente com os resultados obtidos por Michelson e Morley em 1886 e 1887, e mais abrangente, pois diferente do trabalho de Einstein, não se esgotava na cinemática e no eletromagnetismo, mas também englobava a dinâmica relativística e o formalismo matemáticos de grupos e de invariantes. (Id Ibid, 2015, p.128-131).
Outro parágrafo problemático é onde os autores tentam estabelecer uma equivalência entre as transformações de Lorentz e de Galileo.

Quando a velocidade u é bem menor do que a velocidade de propagação da luz no vácuo, γ é muito próximo de 1. Nessas condições, resulta x’ = x – u.t e t’ = t, que são as equações das transformações galileanas. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.415).

Non sequitur. As transformações de Lorentz e as transformações de Galileo só coincidiram quando v for igual à zero, do contrário, sempre haverá uma fração v/c, que pode ser muito pequena, mas não será zero. O que podemos afirmar é que se a velocidade v for muito menor que a velocidade da luz no vácuo c, as transformações de Lorentz irão apresentar valores muito próximos que os obtidos pela transformações de Galileo, diferenças que, em geral, só podem ser medidas com instrumentos muito sensíveis.
Um ponto bastante curioso trata-se das variáveis do gráfico. O gráfico apresentado pelo livro é do tipo (γ x u/c). Essa notação é pouco usual e pode induzir a uma interpretação equivocada. Quando escrevemos um gráfico do tipo (s x t) não colocamos as constantes que acompanham a variável independente. Visto que apenas a velocidade u que variável e a velocidade da luz no vácuo c é uma constante, não é necessário coloca-la no eixo, bastaria escrever o gráfico como uma função (γ x u). Como a notação comum emprega apenas variáveis, fica subentendido em (γ x u/c) que c também é uma variável, o que não é verdade.
Por fim, o último paragrafo apresenta alguns pontos falhos:

A última equação da relatividade einsteiniana nos mostra que a coordenada temporal t’ depende de t, da velocidade u do referencial R’ em relação a R e da variável espacial x. (Id Ibid, 2009, p.415).

Comecemos analisando a definição de relatividade einsteniana. Sobre a Teoria da Relatividade Especial, podemos concluir que existem duas interpretações epistemológicas:

Por fim, é preciso apontar que a principal diferença entre as duas abordagens é de natureza epistemológica, ou seja, filosófica, que se manifestava tanto na questão da realidade dos efeitos relativísticos quanto no aspecto de aceitar ou negar o éter. Aceitar ou não o éter não era uma questão científica, propriamente dita, pois não podia ser decidida por experimentos. Ou seja: nenhum experimento provou que existia o éter e nenhum experimento provou que ele não existia. (Martins, 2012, p.45)

A proposta favorável a aceitação da existência do Éter foi defendida por Lorentz e Poincaré.

Para Lorentz e Poincaré, o éter era aceito com um conceito útil, capaz de propiciar uma compreensão dos fenômenos, embora fosse impossível detectá-lo. Poincaré chegou a afirmar que, para ele, não interessava saber se o éter existia realmente ou não – isso seria um problema metafísico. Para ele, o que interessava é que tudo se passa como se ele existisse, já que a luz se comporta como uma onda e uma onda deve ser pensada como um fenômeno que ocorre em alguma substância. Trata-se de uma postura epistemológica que pode ser descrita como instrumentalista. (Id Ibid, 2012, p.45)

Enquanto a proposta favorável a negação do Éter foi defendida por Einstein.

Para Einstein, o éter era um conceito inútil, porque não pode ser detectado. Einstein, em 1905, adotou a posição de que aquilo que não pode ser detectado deveria ser excluído da física. Essa é uma postura epistemológica empirista, ou positivista. Posteriormente (em 1920) Einstein mudou sua postura e defendeu a existência de um éter. Em diferentes momentos, ele adotou posições filosóficas diferentes, não considerando importante manter uma coerência. Quando a mecânica quântica se desenvolveu e adotou uma interpretação empirista, negando a validade de falar sobre coisas que não podiam ser observadas (como a posição e velocidade de um elétron em um certo instante), Einstein se revoltou contra essa postura epistemológica que Heisenberg havia aprendido com o próprio Einstein. (Id Ibid, 2012, p.45)

Portanto a relatividade einsteniana seria uma interpretação positivista, favorável a negação do éter, porém as transformações de Lorentz não são exclusivas da interpretação einsteniana. Neste sentido, o termo relatividade einsteniana foi mal empregado pelos autores.

Outro problema é que os autores chamam a atenção para transformação do tempo, apenas apontando os termos que aparecem na equação, mas sem discutir o significado dela. Quando os autores trataram das Transformadas de Galileo, foi discutido que a equação do tempo dizia respeito a simultaneidade dos eventos. Porém, os autores deixam de discutir o que essa nova equação implica em termos da simultaneidade. A interpretação para essa transformação do tempo foi dada por Poincaré.

Acima de tudo, Poincaré se preocupava muito com a interpretação física da teoria de Lorentz. Em 1904, publicou um trabalho no qual mostrava que as transformações de Lorentz implicavam uma quebra de sincronização dos relógios em diferentes referenciais, e que o resultado obtido era exatamente igual ao que se obtém fazendo a sincronização com o uso de sinais luminosos e assumindo que, em relação a todos os referenciais, a velocidade da luz é a mesma. Mostrou também que as transformações de Lorentz levavam à idéia de uma dilatação do tempo e discutiu o significado físico desse efeito. Utilizando as mesmas transformações, mostrou que a velocidade da luz no vácuo era a velocidade limite que se poderia obter, utilizando composição de velocidades. (Martins, 2012, p.33-34).

O próprio Einstein em seu trabalho de 1905, reserva a primeira sessão, após a introdução e justificativa do que seria exposto, para discutir o problema da sincronização e da simultaneidade dos eventos quando registrados por observadores em diferentes referenciais inerciais. A quebra da simultaneidade é um conceito importante para compreensão da relatividade, tanto na epistemologia de Lorentz e Poincaré, como na epistemologia de Einstein, porém ela não é discutida em nenhuma sessão do livro.

Seguindo para a sétima sessão (Contração do Comprimento), os autores dão ênfase a dedução da equação da contração do comprimento, e fazem pequenas observações conceituais. Sobre essa sessão há alguns comentários a serem feitos. Comecemos pelo primeiro parágrafo:

Considere uma barra em repouso em relação a um sistema de referência R’, que se movimenta com velocidade constante u, relativamente a um sistema de referência inercial R (figura 7). O comprimento L = x1 – x2 da barra, medido pelo observador O fixo no referencial R, é menor que o comprimento L’ = x’1 – x’2  da mesma barra, medido pelo observador O, fixo no referencial R’. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.416).

Figura 7  – Op Cit

Esse exemplo seria muito mais lúdico se existissem duas barras: uma no referencial O’ e outra no referencial O. Deve-se apenas observar que antes da experiência, tanto o observador O e O’ medem as duas barras em um mesmo referencial e concordam que elas apresentam o mesmo comprimento. Depois o observador entra em um trem e é “delicadamente” acelerado até atingir uma velocidade u.

No referencial R’, observador O’ registra que a sua barra mantém o mesmo comprimento, porém quando ele observa a barra do observador O, ele conclui que esta barra sofreu uma contração do comprimento no sentido -x. 

No referencial R, o observador O realiza a mesma experiência, ele registra que a sua barra mantém o mesmo comprimento, porém quando ele observa a barra do observador O’, ele conclui que esta barra sofreu uma contração do comprimento no sentido x. 

Desta experiência, conclui-se que a contração do comprimento depende do referencial adotado. Para observador O’, sua barra não sofre alteração, somente a barra no referencial R. Já para o observador O é a sua barra que mantém o comprimento original, enquanto a barra em R’ é contraída.

A situação pode parecer um paradoxo, pois não há concordância entre os registros feitos por cada observador, porém isso é uma consequência da quebra de simultaneidade, que é uma consequência do postulado princípio da relatividade e da constância da velocidade da luz. Se um dos observadores registrasse mudanças em sua barra, ele poderia concluir que está em movimento absoluto. Como cada observador não consegue detectar diferença no comprimento de suas barras, eles não podem afirmar quem está em movimento e quem está em repouso. Todos medidas aferidas pelos observadores, desde que executadas de maneira correta, são verdadeiras, ainda que eles discordem dos resultados.

 

A dedução das medidas realizadas por um observador do comprimento da barra em outros referenciais inerciais que se desloquem com uma velocidade relativa u, pode ser feita com o uso das transformações de Lorentz, tal como é apresentada no livro. É preciso apenas observar que Einstein, usou um argumento diferente, mas que leva aos mesmos resultados. Isso ocorre porque, como já foi dito, não há diferenças científicas entre as duas epistemologias.

Mas qual o significado da contração do comprimento? É um efeito real ou um efeito ilusório? O livro não faz essa discussão ou qualquer afirmação. É interessante notar que essa equação é interpretada de maneira diferente em cada uma das epistemologias.

O mesmo tipo de diferença entre a realidade e a aparência está presente em outros aspectos da abordagem de Lorentz e Poincaré. A contração dos corpos em movimento (contração de Lorentz e Fitzgerald) seria, na teoria do éter, um efeito real. Quando um corpo material se move através do éter, as forças moleculares se alteram por causa desse movimento e o objeto muda de tamanho e forma. Assim, se tivermos dois objetos idênticos, um parado em relação ao éter e outro em movimento em relação ao éter, aquele que está em movimento vai realmente se contrair e o outro vai continuar do mesmo tamanho. No entanto, se um observador estiver se movendo em relação ao éter, junto com o objeto, ele observará o contrário: o corpo em movimento parecerá ter o tamanho “normal” e o objeto parado em relação ao éter parecerá estar contraído. Nesse caso, a contração do objeto parado em relação ao éter é aparente, apenas; mas o observador em movimento não terá nenhum modo de descobrir se a contração é real ou aparente. (Martins, 2015, p.252).

Na abordagem de Einstein, a situação é bastante diferente:

No caso da abordagem de Einstein, como não existe o éter, não há diferença entre contração real e aparente. A contração é um fenômeno relativo, que depende apenas dos processos de medida adotados. Ela não é explicada microscopicamente pelas mudanças das forças entre as partículas da matéria. Em um certo sentido, a abordagem de Einstein não explica a causa da contração, apenas deduz que ela existe. Diferenças de interpretação como essa ocorrem em outros aspectos da teoria. (Id Ibid, 2015, p.252)

Esse é um ponto que fica vago na apresentação da Teoria neste livro didático e deveria ser discutido com cuidado.

A oitava sessão (Dilatação do Tempo), segue uma estrutura semelhante a da sessão anterior, porém aqui há um erro conceitual bastante grave.

Podemos demonstrar as fórmulas anteriores [dilatação do tempo] considerando um veículo (referencial R’) que se movimenta com velocidade u em relação ao solo (referencial R). Uma fonte de luz F, situada no piso do veículo, emite um feixe vertical que atinge o teto depois de percorrer a distância d (em relação ao referencial R’), durante um intervalo de tempo ∆t‘ (figura 10a). Sendo c a velocidade de propagação da luz no vácuo, temos: d = c.∆t’. Em relação ao referencìal R (fixo no solo), a luz percorre a distância D com a mesma velocidade c (2º postulado), num intervalo de tempo ∆t (figura 10b). Assim, temos D = c.∆t. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.418).

Figura 10 – Op Cit

Essa proposta, equivocada, de dedução da dilatação do tempo também aparece no livro A dança do universo: dos mitos de criação ao big-bang (Marcelo Gleiser) e foi analisada por Martins (1998, p.270-271):

Quando o livro procura justificar a dilatação temporal e a contração dos comprimentos (GLEISER, 1997 passim), há um problema físico não muito óbvio, mas importante. As transformações usuais entre períodos de relógios, do tipo T = T(1 – v²/c²)-1/2 são válidas se e somente se o período To é um período próprio para um dos referenciais. Ou seja, ele deve ser o intervalo de tempo entre dois eventos que ocorrem na mesma posição para um dos dois referenciais. Isso pode ser confirmado notando-se que a fórmula pode ser deduzida da quarta transformação de Lorentz se e somente se x for nulo.

 t’ = (t – v.x/c² ).(1 – v²/c²)-1/2 
∴ t’ = (t – v.x/c² ).(1 – v²/c²)-1/2 

Se x for diferente de zero, não se pode concluir t’ = t.(1 – v²/c²)-1/. Por isso, os eventos que marcam o início e o fim do período Tdevem ocorrer exatamente na mesma posição. Assim, nas deduções que se encontra normalmente em livros sobre teoria da relatividade especial, utiliza-se um relógio de luz em que a luz parte de um ponto, é refletida por um espelho e volta ao ponto de partida. Esse é um relógio relativístico válido, exatamente porque o intervalo de tempo é próprio. Com esse tipo de relógio, pode-se deduzir as equações aceitas da teoria da relatividade especial.

Embora, exista uma falha conceitual bastante grave, a equação obtida é a correta, como explica Martins (1998, p.271):

No primeiro uso que o livro faz do relógio de luz (dilatação dos períodos dos relógios), o erro conceitual não introduziria nenhum problema em uma dedução quantitativa: pode-se chegar à fórmula correta (basicamente porque, embora o “tique” e o “taque” ocorram em dois pontos diferentes, o x é igual a zero).

Esse tipo de erro é prejudicial ao aluno, pois como há uma concordância quantitativa, isso reforça ao estudante em aceitar análise, que esta errada, como correta, pois como observa Martins (1998, p.271):

Esse intervalo de tempo impróprio não se transforma como o período dos relógios relativísticos usuais.

Assim encerramos a sessão oito, e seguimos para sessão nove (Composição Relativística de Velocidades) que, pela maneira como foi construída a Teoria da Relatividade Especial pelos autores, é uma falácia.

A dedução da composição das velocidades não está errada, porém como o artigo foi fundamentado em cinco postulados, incluindo a constância da velocidade da luz e o fato que a velocidade da luz no vácuo é a mesma para todas referenciais inerciais, as conclusões se tornam falácias. Veja o parágrafo:

Fazendo v’ = c, resulta v = c, isto é,  a velocidade da luz no vácuo é constante em todos os referenciais inerciais. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.421).

Non sequitur, pois como os autores tomaram como postulado que a velocidade da luz no vácuo é constante em todos os referenciais inerciais, então essa afirmação não pode ser provada ou testada dentro da própria teoria (Pires, 2011, p.304), portanto essa demonstração e a conclusão é uma falácia.

Na construção feita por Einstein, em 1905, o segundo postulado é a Constância da Velocidade da Luz, ou seja, o fato que a velocidade da luz não depende do movimento da fontes. Junto com o postulado do Princípio da Relatividade, obtém-se a equação da composição relativística de velocidades. Por meio dessa equação pode conclui-se que velocidade da luz ser a mesma em todos os referenciais inerciais.

Veja que em uma teoria axiomática, como é o caso da interpretação da Teoria da Relatividade Especial, deve-se ter cuidado para não incorrer em falácias ou em absurdos. Os autores provaram, nessa sessão, que a construção da Relatividade proposta por eles é logicamente inconsistente.

Essa incoerência lógica seria suficiente para abandonarmos a proposta deste livro, porém vamos supor que os autores fizeram a escolha correta do segundo postulado, e os resultados obtidos não são falácias. Vamos analisar as duas sessões que restam.

A sessão dez (Massa e Energia), a exemplo das demais, apresenta muitos equívocos conceituais e históricos. O primeiro parágrafo afirma:

Para que o princípio da conservação da quantidade de movimento continuasse válido no domínio de colisões interatômicas (onde a velocidade das partículas é comparável à velocidade da luz), Einstein reformulou os conceitos de massa e energia.  (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.421).

Isso não é verdade. Nenhum dos dois artigos de Einstein, publicados em 1905, trazem uma reformulação do conceito de massa e energia, no artigo Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento, Einstein apresenta os cálculos da massa transversal e longitudinal para cargas em campos eletromagnéticos, detalhe que a lei da massa transversal deduzida por Einstein está errada. (Martins, 2015, p.238-239), este equívoco seria corrigido por Max Planck.

Em um trabalho publicado em 1906, Planck definiu de modo claro o momentum relativístico e corrigiu o equívoco de Einstein,dando o valor correto para a massa transversal (que é equivalente ao que já havia sido obtido por Lorentz).

Além disso, não podemos deixar de mencionar as contribuições de Gilbert Newton Lewis (1875-1946) e Richard C. Tolman (1881-1948) para a dinâmica relativística, realizadas em 1908 e 1909.

Até esse momento, todos os estudos sobre dinâmica relativística utilizavam o eletromagnetismo como ponto de partida. Lewis e Tolman produziram uma versão dinâmica de partículas que era independente do eletromagnetismo , ou seja, que partia apenas de conceitos mecânicos – que é o modo como atualmente se apresenta em livros didáticos. (Martins, 2015, p.239).

Portanto foi Planck, Lewis e Tolman, e não Einstein, que contribuíram para definir o conceito de quantidade de movimento (momentum) relativístico.

Continuando a análise, após os autores introduzirem a transformação da massa relativística e realizarem algumas pequenas consideração, deparamo-nos com a seguinte afirmação sobre a dependência da inércia de um partícula com a velocidade.

Historicamente, a primeira confirmação dessa equação prevista teoricamente por Einstein, foi realizada experimentalmente por Bucherer, em 1908, verificando que a relação e/m da carga do elétron com sua massa era menor para elétrons mais velozes do que para elétrons mais lentos. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.422).

Como já mencionados a equação que relaciona a dependência da inércia de uma partícula com a velocidade sequer foi prevista por Einstein, mas sim por Planck. Além disso, a dependência da massa de partículas carregadas com a velocidade, datam de anos antes do primeiro trabalho sobre a relatividade de Einstein, em 1905.

Nessa mesma  época (1896-1897) foi descoberto o elétron, como resultado dos estudos de Thomson sobre raios catódicos, e de Pieter Zeeman (1865-1943) sobre o efeito Zeeman. Analisando teoricamente o efeito Zeeman, Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) encontrou um valor para a razão e/m da carga e para a massa m dos elétrons. Medindo a deflexão de raios catódicos em campos elétricos e magnéticos, Thomson e Walter Kaufmann (1871-1947) mediram em 1897 a razão e/m para elétrons de baixa velocidade, obtendo valores que concordavam com a estimativa de Lorentz. Em 1898 e 1900, Phillip Lenard (1862-1947) mediu e/m para raios beta com velocidades de até c/3. As medidas indicaram um aumento da massa com a velocidade. Os dados não eram conclusivos, mas podiam ser interpretados como uma indicação de que os elétrons tinham uma massa eletromagnética que variava com a velocidade. Em 1901 Walter Kaufmann mediu e/m para raios beta com velocidades entre 0,8 e 0,9 c.  Agora, havia um claro aumento de massa com a velocidade. (Martins, 2005, p.17).

Portanto, antes que Einstein escrevesse seu trabalho já haviam estudos que mostravam uma clara dependência da massa com a velocidade da partícula, e acima de tudo, historicamente essas confirmações não foram obtidas por Bucherer em 1908, ao analisar a razão e/m, mas por Thomson, Kaufmannl Lenard que estudaram a razão e/m para elétrons de baixa e altas velocidades entre 1897 e 1901. A afirmação “histórica” dos autores está totalmente errada.

A próxima afirmação é um erro crasso e clássico entre autores de livros didáticos e de divulgação científica.

Uma das maiores conseqüências da teoria da relatividade especial é o fato de que a massa é uma forma de energia, ou seja, a energia tem inércia.  (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.422).

Non sequitur. Uma barra de chocolate possui energia potencial, isso não faz da barra de chocolate uma forma de energia. Da mesma forma, um saco de feijão possui uma massa, isso não faz o saco de feijão um tipo de massa. O raciocínio empregado pelos autores é completamente ilógico, o fato da energia possuir uma inércia, não implica que a massa seja um tipo de energia e vice-versa.

Se massa e energia fossem equivalentes, isso significaria que essas palavras representam a mesma coisa, descritas de formas diferentes. Nesse caso, a relação E = mc² seria um simples tipo de definição e não seria uma lei física. Ninguém considera, por exemplo, que a equação de conversão de calorias para joules ou de temperatura Celsius para temperatura Fahrenheit seja uma lei física. Se E = mc² estabelecesse uma equivalência entre massa e energia, essa relação jamais poderia prever fenômenos nem ser testada experimentalmente, e sua utilidade científica seria muito pequena. (Martins, 2012, p.124)

A definição dada pelos autores esbarra no mesmo problema do título que é assumir que existe uma equivalência massa e energia. Além disso a palavra intrínseca está mal empregada, pois ela deixa subentendido que sempre há uma energia associada a uma massa, o que não é verdade, pois como afirma Martins (2012, p.214):

Como nem sempre essa equação é válida, não se deve utilizá-la para tentar chegar a conclusões mirabolantes sobre a relação entre massa e energia.

O enunciado correto para esta relação é:

Se a energia total de um sistema isolado é E, então esse sistema tem uma massa inercial m = E/c². (Id Ibid, 2012, p.123)

Os autores afirmam diversas vezes que massa pode ser transformada em energia, o que não é verdade.

Se tanto a massa quanto a energia se conservam, é claro que um não pode se converter ou transformar no outro. Uma forma de energia pode se transformar em outra (por exemplo, energias cinética, elétrica, potencial, calor, etc.). No entanto, a massa não pode se transformar em energia. (Id Ibid, 2012, p.124)

É preciso salientar que nessa sessão os autores tentam justificar suas afirmações citando pedaços do trabalho A inércia de um corpo depende de seu conteúdo energético? de Albert Einstein, publicado em 1905. Vejamos um exemplo:

Assim massa e energia são duas manifestações diferentes da mesma coisa, ou duas propriedades diversas da mesma substância física (Einstein apud Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.422).

Einstein nunca provou que esta relação era geral, na verdade ele a deduziu de um caso particular e afirmou que se tratava de uma lei geral. Nessa concepção a inércia de um sistema definiria sua energia total por meio da relação E = mc², e caso o sistema físico trocasse energia com a vizinhança, a inércia iria variar segundo a relação m = E/c². Ocorre que esta relação não é geral, como propôs Einstein. Isso foi mostrado por Max Planck, em 1907, ao estudar a termodinâmica relativística.

A termodinâmica relativística foi desenvolvida por Max Planck, que em 1907 também esclareceu as propriedades relativísticas de sistemas extensos submetidos a forças externas, mostrando que, em vez da relação E = mc², existe uma relação mais geral, que associa a entalpia H = E + PV de um sistema à sua massa inercial: H = mc². A relação E = mc² só é válida para partículas, ou sistemas isolados (que não estão submetidos a pressões ou tensões) e não pode ser aplicada a alguns outros casos, como na análise da energia potencial de uma partícula em um campo externo. (Martins, 2012, p.35-36)

No parágrafo seguinte fornecem um exemplo numérico sobre a relação massa-energia, insistindo em afirmar que há uma equivalência massa-energia. Porém, é o próximo parágrafo que contém uma erro crasso.

A conversão de matéria em energia ocorre continuamente em fontes de energia como o Sol e outras estrelas, e em todos os processos nos quais a energia é liberada como, por exemplo, as bombas atômicas. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.422).

Aqui há uma confusão de conceitos: os autores confudem massa com matéria e usando uma lógica inconsistente, concluem que como a massa se transforma em energia e massa é matéria, então há constante transformação de matéria em energia.

Muitas vezes, as pessoas que falam sobre transformação de massa em energia estão confundindo massa com matéria e energia com radiação. Na aniquilação de um elétron e um pósitron temos, inicialmente, matéria (em certo sentido); depois da aniquilação não temos matéria, mas temos radiação. Teríamos assim uma transformação de matéria (massa) em radiação (energia). Na física clássica, a massa era realmente identificada como a quantidade de matéria do corpo. No entanto na teoria da relatividade , o conceito é muito diferente. Se a matéria e a massa fossem o mesmo conceito, não poderíamos falar sobre a variação de massa de uma determinada quantidade de matéria, quando essa matéria é acelerada. Da mesma forma não se deve identificar os conceitos de energia e radiação. A radiação tem energia, mas um corpo material também tem energia. (Martins, 2012, p.127).

Seguindo análise é preciso fazer uma observação sobre a seguinte frase:

Observe que E é a energia total do corpo para um observador que mediu a massa m. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.422).

Embora E seja chamado de Energia Total na literatura, não se trata, de fato, da Energia Total.

A expressão aE’b = amb.c² não é, portanto, a energia cinética, nem a energia total da partícula (já que ela não inclui a energia potencial); no entanto, muitos livros a chamam de energia total, ou simplesmente energia da partícula. (Martins, 2012, p.122).

Os autores seguem com a dedução das relações envolvendo a massa-energia. Antes de terminarem a sessão fazem os autores discutem que a teoria da relatividade impõe que a velocidade da luz é a velocidade limite para as interações e atribuem o mérito a Einstein desta descoberta e também atribuem a este pesquisador a autoria da seguinte afirmação:

A velocidade máxima de propagação das interações é a velocidade da luz no vácuo. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.423).

Ocorre que essa descoberta é anterior a Einstein, como pode ser visto em A dinâmica relativística antes de Einstein (Martins,2005), além disso essa frase não foi enunciada por Einstein, e sim por Henri Poincaré em um trabalho intitulado La dynamique de l’électron (1912, p.61) .

Outro ponto que precisa ser melhor esclarecido se refere a afirmação:

Na Natureza não podem ocorrer interações de velocidade superior c. (Ferraro, Ramalho Jr, Soares, 2009, p.423).

Isso não é estritamente verdade.

Os postulados da teoria da relatividade especial não afirmam que c é a maior velocidade possível. (Martins, 2012, p.83).

Mesmo situações que violam a causalidade e o senso comum estão em conssonância com a relatividade:

Deve ficar claro que influências causais supraluminais não contrariam a teoria da relatividade especial. Pelo contrário, são estudadas utilizando-se essa teoria (Id Ibid, 2012, p.89).

Por fim, o livro segue com a última sessão (Energia e Quantidade de Movimento). Não há muito o que se falar, visto que os autores apenas se preocuparam em deduzir a relação momento-energia sem fazer qualquer discussão conceitual ou atribuição histórica.

O livro segue com uma bateria de exercícios, que não serão analisadas, e antes do fechamento da sessão há um quadro intitulado História da Física, com o texto Einstein e seu Tempo. Trata-se de uma biografia lisonjeira de Einstein, superestimando-o enquanto pesquisador e pessoa. A biografia oculta informações desfavoráveis, como o fato de Einstein ter agredido e imposto condições humilhantes a Mileva Maric, ter tido um caso com sua enteada Ilse, filha de sua segunda mulher Elza, e ser displicente com sua higiene pessoal. Não iremos fazer a análise da biografia de Einstein, os interessados podem consultar a obra de Martins (2015) para uma visão menos lisonjeira de Einstein.

Conclusão
 
O famigerado livro do Ramalho parece ser bastante popular entre alunos e acadêmicos dos primeiros anos de física, até alguns professores recomendam esse livro. O que essa análise mostra é que o livro apresenta diversos erros graves tanto conceituais como históricos.
Parte dos erros é devido a tentativa de apresentar analogias originais, como ocorre com a analogia do nadador, empregada para ilustrar o movimento da Terra no Éter. Analogias devem ser empregadas com cuidado, sempre explicando até que ponto são válidas, a analogia do nadador, não é apenas um exemplo ruim, como está conceitualmente incorreto. Por que os autores não usaram a analogia proposta por Maxwell sobre o vento de Éter? Difícil dizer, mas parece que autores de livro-didático se sentem na responsabilidade de serem originais e evitarem citações.
Outra parte dos erros, é devido a uma formação carente em física moderna e em história da ciência. Parece que o livro foi adaptado da obra Dança do Universo do Marcelo Gleiser, já que os autores cometem os mesmos erros que o Gleiser.
Aqui é preciso fazer uma observação: livros de divulgação científica não são referenciais para uma pesquisa, salvo se o trabalho for análise do livro. Um livro de divulgação científica não tem o mesmo peso e a responsabilidade de um livro didático. O livro do “Ramalho” apresenta muitos erros graves e por ser um material didático, estes erros não podem e não devem ser ignorados. É preciso, com urgência, refletir sobre a formação dos professores e analisar a qualidade dos livros didáticos que chegam em sala de aula.
Notas

1 – Não no sentido de que a Teoria é complicada, pelo contrário. Mas no sentido que trata-se de uma teoria muito extensa.
2 – Os autores observam no rodapé que está velocidade é um valor aproximado e que o valor mais preciso, até a publicação do livro, é de 2,99792 x 105 km/s com um erro de 0,000003 x 105 km/s.
3 – Para ver um exemplo de texto cheio de distorções históricas, erros conceituais que surgem de uma má compreensão da epistemologia e histórica da ciência, está em Gravidade, de Newton a Einstein, é interessante também ler os comentários.
4 – Veja, por exemplo, o significado das Transformações de Galileu na Infopedia.
5 – Detalhes desta experiência pode ser visto neste artigo de Roberto de Andrade Martins.

Referências e Bibliografia Auxiliar

BASSALO, J. M. F. Introdução a Eletrodinâmica Quântica. São Paulo: Livraria da Física, 2006.

FERRARO, N. G. RAMALHO JUNOR, F. SOARES, P. T. Os Fundamentos da Física, Volume 3: eletricidade, introdução à física moderna, análise dimensional. 9ª. ed, São Paulo: Saraiva, 2009.

LARMOR, J. Aether and Matter. Cambridge: John’s College University Press, 1900.

MARTINS, R. A. A Origem Histórica da Relatividade Especial. São Paulo: Livraria da Física, 2015.

_______________. A dinâmica relativística antes de Einstein. Revista Brasileira de Ensino de Física 27: 11-26, 2005.

_______________. A Origem Histórica da Relatividade Especial, 2017.
Disponível em: https://uepb.academia.edu/RobertoMartins    (Acesso em: 25/01/2017)

_______________. A relação massa-energia e energia potencial. Caderno Catarinense de Ensino de Física 15: 265-300, 1989.

_______________. Galileo e a Rotação da Terra. Caderno Catarinense de Ensino de Física 11: 196-211, 1994.

_______________. Como distorcer a física: considerações sobre um exemplo de divulgação científica 2 – Física moderna. Caderno Catarinense de Ensino de Física 6: 52-84, 1998.

_______________. O Desenvolvimento Histórico da Teoria Geral da Relatividade, 2015b.
Disponível em: https://uepb.academia.edu/RobertoMartins    (Acesso em: 08/01/2017)

_______________. Teoria Relatividade Especial. São Paulo: Livraria da Física, 2012

MARTINS, R. A. ROSA, P. S. História da Teoria Quântica: a dualidade onda partícula, de Einstein a De Broglie. São Paulo: Livraria da Física, 2014.

POINCARÉ, H. La dynamique de l’électron. Paris: Dumas, 1912.

Quantum Energy, Teoria das Cordas.

Me habíais sugerido varias veces que algún día hablara de la famosa teoría de cuerdas y por qué hay tantos artículos y documentales dedicados e ella que, al final, no te acaban aclarando nada. Ese día ha llegado.

Pero primero vamos a poner el asunto en contexto, porque tiene tela.

Nuestro universo está regido por cuatro fuerzas fundamentales que le dan a la materia el aspecto que todos conocemos y amamos: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Pero cada una de ellas actúa en un campo distinto.

La fuerza nuclear fuerte aparece entre los protones y neutrones en el núcleo de los átomos y los mantiene unidos. Basta con esta breve definición para ver su importancia: si no existieran átomos estables, no estaría aquí resaltando su importancia.

La fuerza nuclear débil es la responsable de que algunos elementos se desintegren con el tiempo emitiendo radiación, ya que permite que los electrones y los protones se combinen para formar neutrones (hablaba más sobre la radiación en esta entrada sobre elementos que no existen). Si esta fuerza no existiera, la ventaja es que podríamos manejar tranquilamente pedazos plutonio y uranio sin terminar letalmente irradiados… Pero, por otro lado, la existencia de estrellas no sería posible.

Estas dos fuerzas actúan tan sólo a escalas muy pequeñas, en el interior de los átomos, donde son tan fuertes comparadas con la fuerza electromagnética y la gravedad que se sobreponen a ellas.

La fuerza electromagnética tiene lugar entre partículas con carga eléctrica y se manifiesta a gran escala en forma de campos magnéticos. O sea, que su efecto es palpable tanto en las interacciones entre átomos como entre objetos macroscópicos como, por ejemplo, cuando acercamos un clavo de hierro a un imán y se queda pegado.

Por último, la fuerza gravitatoria es una fuerza atractiva que tan sólo empieza a ser apreciable cuando grandes cantidades de átomos se acumulan en el mismo lugar. La gravedad es la que da moldea el universo a gran escala, agrupando la materia en esferas y organizando las estrellas y planetas para formar sistemas solares y galaxias.

Un dato curioso de regalo: de todas las fuerzas, la gravedad es la más débil. Podéis levantar en el aire un clavo con un imán de la nevera para comprobarlo: pese a que toda la masa de la Tierra está tirando del clavo hacia abajo, no conseguirá despegarlo de ese pequeño campo magnético.

La cuestión es que para cuantificar y explicar cómo actúa cada una de estas fuerzas, se desarrollaron diferentes ramas de la física basadas en distintas suposiciones sobre la naturaleza su naturaleza. Lo que comúnmente llamamos teorías, vaya.

Pero, ¿qué implicaciones tiene exactamente esto de desarrollar una teoría en física?

Buscar una teoría que explique un fenómeno concreto no se limita sólo de encontrar unas cuantas fórmulas matemáticas sacadas de la manga que nos ayuden a hacer predicciones sobre el comportamiento de lo que sea que estamos estudiando. Detrás de toda teoría hay un planteamiento más profundo sobre la naturaleza del fenómeno en sí que, de ser correcto, puede cambiar nuestra visión de la realidad.

Pongamos el caso de la gravedad, por ejemplo.

Isaac Newton postuló que la gravedad es una fuerza invisible que aparece entre dos (o más) cuerpos y que la magnitud de esta fuerza depende de la distancia que están separados y la masa de cada uno de ellos. Basado en esta idea de que la gravedad es una fuerza invisible, ideó un modelo matemático que resultó ser más efectivo que ningún otro planteado con anterioridad a la hora de describir el movimiento de los objetos que caen, incluidos los movimientos de los planetas.

Pero, con el tiempo, a medida que los instrumentos astronómicos mejoraron, se volvió aparente que en algunos casos extremos, como la órbita del planeta Mercurio, las predicciones hechas por las leyes de Newton no se ajustaban a las observaciones. Y, por supuesto, llevarle la contraria a lo que está ocurriendo delante de tus narices es una soberana pérdida de tiempo.

Como el modelo estaba basado en la noción de que la gravedad es una fuerza, esto sólo podía significar que esa concepción no era correcta. La gravedad no podía ser una fuerza, tenía que ser otra cosa.

A principios del siglo XX apareció Einstein con su teoría de la relatividad. En esta teoría, no planteó la gravedad como una fuerza invisible, sino como una distorsión del propio espacio provocada por los cuerpos que éste contiene. Cuanto más masivo es un objeto, mayor la distorsión que provoca y a nosotros nos parece que nos atrae con más fuerza.

Y no sólo eso, la teoría de Einstein también sugería que el espacio y el tiempo no son dos facetas distintas de la realidad, sino que forman una misma entidad: el tejido espacio-tiempo. Por tanto, los cuerpos masivos no sólo distorsionan el espacio a su paso, sino también el transcurso del tiempo en el volumen que su campo gravitatorio abarca. Hablaba con más detalle de todo esto en esta entrada sobre la física de la película Interstellar.

La cuestión es que las observaciones demostraron que el modelo de Einstein predecía con exactitud todo lo que no conseguía el de Newton. Einstein había acertado, por lo que esta idea de que espacio y tiempo forman parte de lo mismo y que el ritmo al que transcurre el tiempo no tiene por qué ser constante tenía que ser correcta (y aún consideramos que los es).

Esta nueva noción cambió de manera drástica nuestra visión de la realidad. Acostumbrados a estar sometidos al mismo campo gravitatorio terrestre y llevar vidas a bajas velocidades desde que nuestra especie apareció sobre el planeta, nunca podríamos haber imaginado que algo que dábamos tan por sentado como el ritmo al que transcurre el tiempo pudiera ser alterado.

¿Y todo esto que tiene que ver con la teoría de cuerdas?

Quantum Energy.

Un equipo de científicos ha descubierto que una ley que controla el comportamiento extraño de los agujeros negros en el espacio es también verdad para los átomos de helio fríos que pueden ser estudiados en laboratorios.

“Se llama una ley de área de enredo”, dice Adrian Del Maestro, un físico de la Universidad de Vermont que co-dirigió la investigación. Que esta ley aparezca tanto en la vasta escala del espacio exterior como en la pequeña escala de los átomos, “es extraño”, dice Del Maestro, “y apunta a una comprensión más profunda de la realidad”.

El nuevo estudio fue publicado el 13 de marzo en la revista Nature Physics, y puede ser un paso hacia una teoría cuántica de la gravedad buscada desde hace mucho tiempo y nuevos avances en la computación cuántica.

https://phys.org/news/2017-03-black-holes-helium.html

Hoje é o aniversário de linus pauling, um físico-químico que ganhou um inédito dois descompartilhado prêmios Nobel. Ele nasceu em portland, Oregon, em 1901., durante a década de 1930 Pauling fez grandes avanços na compreensão do vínculo de moléculas; ele introduziu os conceitos de bond-orbital e bond hibridização ressonância e veio com uma escala para eletronegatividade. Pauling também teve interesse em biologia, e em 1949 pauling e colegas identificado o defeito estrutural em hemoglobina que causa anemia falciforme. Pauling 1954 foi premiado com o prêmio Nobel em química ” para a sua investigação sobre a natureza da ligação química e a sua aplicação para o esclarecimento da estrutura do complexo substâncias.” no pós-II Guerra Mundial, tornou-se mais conhecido pauling Por seu ativismo do que ciência dele. Ele e sua esposa, AVA Helen Pauling, defendida veementemente testes atmosféricos para a proibição de armas nucleares, e eles fizeram circular uma petição que gerou milhares de assinaturas. Pelos seus esforços pauling foi premiado com o prêmio Nobel da paz em 10 de outubro de 1963, o dia em que o limitado tratado de interdição completa de ensaios nucleares, entrou em vigor.

 

O que ver no céu em 2017, via OquevernocéuAstronomia facebbok.

O que ver no céu em Março de 2017.
A Lua com Luz Cinérea dá o show no céu nos primeiros dias de março.
O brilhante planeta Vênus começa a se despedir do céu no anoitecer em março de 2017, durante os primeiros dias do mês Vênus será o astro de referência no céu a oeste.
Os cometas C/2015 V2 (Johnson), 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak e 2P/Encke dão o show para quem possuir lunetas e telescópios durante todo o mês de março de 2017, durante a madrugada !
https://www.facebook.com/OQueVerNoCeuAstronomia/photos/a.331943486984502.1073741828.331852660326918/733317966847050/?type=3&theater
O cometa C/2015 V2 (Johnson) estará na constelação de Hércules.
O cometa 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak estará passando neste mês pelas constelações de Leão, Leão Menor, Ursa Maior e Dragão.
O cometa 2P/Encke poderá ser observado no final da madrugada na constelação de Aquário a partir do final do mês. O melhor local para a observação deste cometa são as regiões Norte e Nordeste.
No dia 10 de março acontece a ocultação da estrela Regulus pela Lua.
A bela constelação de Escorpião surge no céu na primeira hora da madrugada a leste.
No dia 14 de março acontece um triângulo celeste da Lua, a estrela Spica e o brilhante planeta Júpiter.
No dia 18 de março, a Lua irá fazer um triângulo celeste bem distante com a estrela vermelha Antares (Alpha Scorpii) e com o planeta Saturno.
Na última noite de Verão no hemisfério sul, 19 de março, acontece a Conjunção da Lua e Saturno.
O Outono no hemisfério sul começa no dia 20 de março. É um dia especial para a Astronomia !
É o Nosso Ano Novo, o Ano Trópico ou Ano das Estações !
Neste dia o Sol nasce exatamente no ponto cardeal leste e se põe no ponto cardeal oeste. Somente nos dias de Equinócio (Outono/Primavera) isto acontece !
A Lua com Luz Cinérea dá o show nas últimas noites de março de 2017.
O espetáculo começa no dia 21 durante a madrugada e termina no dia 31 de março, no início da Noite. Somente no dia da Lua Nova, 27 de março é que o espetáculo não pode ser observado. A partir do dia 28, a Lua com Luz Cinérea começa a ser observada no anoitecer.
Para quem não sabe o que é luz cinérea, segue o link.
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No final do mês pode ser novamente observada novamente a Luz Zodiacal, sem a presença da Lua no céu ! Aproveite o fim de semana de 25 de março.
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No mês de Março, termina as inscrições das Escolas para a 20º Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica – OBA.
As Inscrições vão até 19 de março de 2017 !

TODOS OS HORÁRIOS SEGUEM A HORA DE BRASÍLIA.

1 a 4 de março
Lua com Luz Cinérea, visível no anoitecer e início da noite.
Para quem não sabe o que é luz cinérea, segue o link.

1 de março – quarta-feira de Cinzas (Fim do Carnaval).
Na madrugada, o brilhante planeta Júpiter estará em cima de sua cabeça.
Júpiter estará do lado da estrela Spica (Alpha Virginis), a estrela representada na Bandeira do Brasil acima da inscrição ORDEM E PROGRESSO. A Estrela representa o Estado do Pará na bandeira do Brasil.
Saturno nasce a leste na primeira hora da madrugada no limite das constelações de Ofiúco e Sagitário. Saturno passa para a constelação de Sagitário.
No final da madrugada, observe a Luz Zodiacal ! Este fenômeno é impossível de se observar em cidades.
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Ao anoitecer acontece a Conjunção da Lua com luz cinérea com Marte e Urano (Não visível a olho nu).
A Lua, Marte e o brilhante planeta Vênus fazem um triângulo celeste no anoitecer.
O brilhante planeta Vênus começa a se despedir do céu do anoitecer, visível por somente 1 hora após o por do Sol.
Para quem não sabe, as datas do Carnaval, Páscoa e Corpus Christi estão ligadas a astronomia !
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O mapa celeste do primeiro evento do mês:
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2 de março – quinta-feira.
O planeta Netuno estará em Conjunção com o Sol, passando para o céu da madrugada.
Netuno não é visível a olho nu.

3 de março – sexta-feira.
A Lua estará no Perigeu, distante 369.062 km da Terra.
A Lua estará visível a leste na hora do almoço e no início da noite dá o show com a Luz Cinérea, iluminada 32%.
A nossa vizinha sideral estará na Constelação de Touro, próxima do belo aglomerado estrelar das Plêiades (M 45), popularmente conhecido como 7 Estrelos.

4 de março – sábado.
Lua próxima da estrela Aldebaran na constelação de Touro.
É o ultimo dia que poderá ser observada a Lua com Luz Cinérea.
Aproveite que a Lua baixou no céu e observe a Luz Zodiacal no final da madrugada !

5 de março – domingo.
A Lua entra em Fase Crescente às 08:32 da manhã.
A Lua estará na constelação de Touro, ao lado da bela constelação de Orion.
Aproveite que a Lua baixou no céu e observe a Luz Zodiacal no final da madrugada !

6 de março – segunda-feira.
Mercúrio em Conjunção Superior (Sol-Terra-Mercúrio),
O menor planeta do Sistema Solar volta a ficar visível no céu do anoitecer e início da noite no final do mês.

10 de março – sexta-feira.
Ocultação da estrela Regulus (Alpha Leonis) com a Lua nascendo no céu.
A Lua estará iluminada 96%.

12 de março – domingo.
Lua Cheia às 11:54.
A Lua estará na constelação de Virgem.

14 de março – terça-feira.
A Lua faz um triângulo celeste com o brilhante planeta Júpiter e a estrela Spica (Alpha Virginis).
Os astros estarão na constelação de Leão, surgindo a leste por volta das 20 horas.
A Lua estará iluminada 94%.

18 de março – sexta-feira.
Lua no apogeu, mais distante da Terra, a 404.650 km.
A Lua irá fazer um triângulo celeste bem distante com a estrela vermelha Antares (Alpha Scorpii) e com o planeta Saturno.
Visível na última hora do dia, com a Lua iluminada 64%

19 de março – sábado.
Conjunção da Lua e Saturno.
A Lua surge no céu nos últimos minutos do dia na constelação de Ofiúco, a 13º constelação zodiacal. Saturno estará na constelação de Sagitário.
A Lua estará iluminada 54%.
Último dia para a inscrição da 20ª Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica (OBA). Prova será no dia 19 de maio de 2017.

20 de março – domingo.
Início do Outono no hemisfério sul às 07:29 horas.
O Sol irá nascer exatamente no ponto cardeal leste !
Início da Primavera no hemisfério norte.
Neste dia é o Início do Ano na Astronomia ! O início do Ano Trópico ou Ano das Estações !
É um dos dois dias do ano (Dias do Outono e da Primavera) que o Sol nasce a Leste e se põe a Oeste.
A partir do outono, o Sol irá nascer mais ao norte em relação ao leste e ao oeste.
A Lua entra na Fase Minguante às 13 horas.

21 a 26 de março.
Lua com Luz Cinérea.

22 de março – quarta-feira.
Lua com luz cinérea na constelação de Sagitário.
A Lua estará iluminada 34%.

25 de março – sábado.
Vênus em Conjunção Inferior (Sol-Vênus-Terra).
Vênus passa para o céu da madrugada, visível em abril no final da madrugada.
Aproveite para observar a Luz Zodiacal !
A Lua estará pouco iluminada na madrugada, somente 9% e não atrapalha a observação da Luz Zodiacal no final da madrugada.

26 de março – domingo.
Conjunção de Netuno com a Lua com Luz Cinérea.
Netuno, o último planeta do Sistema Solar não pode ser observado a olho nu.
Os astros estarão muito próximos em distância angular.
Uma oportunidade para que possui luneta ou telescópio de localizar o último planeta do Sistema Solar.
A Lua estará iluminada somente 3,8% na constelação de Aquário.
Aproveite para observar a Luz Zodiacal.

27 de março – segunda-feira.
Lua em Fase Nova às 23:57.

29 a 31 de março.
Lua com luz cinérea.

30 de março – quinta-feira.
Lua no perigeu, distante 363.854 km da Terra.
Lua com Luz Cinérea, iluminada 10% e próxima de Marte em distância angular, visível no início da noite.

31 de março – sexta-feira.
Lua com Luz Cinérea, iluminada 18% na constelação de Touro, entre a estrela vermelha Aldebaran (Alpha Tauri) e o aglomerado das Plêiades (M 45).
Visível até às 21 horas.
Antes da meia noite, o brilhante planeta Júpiter estará em cima de sua cabeça e Saturno estará nascendo a leste !

ABRIL
COMEÇA O MÊS GLOBAL DA ASTRONOMIA, GLOBAL ASTRONOMY MONTH (GAM) !
Marte, Júpiter e Saturno estarão abrilhantando as noites de outono no início do mês de Abril de 2017.

Boas observações nas últimas noites de Verão no hemisfério sul.
Foto da Luz Zodiacal: Fernando Augusto Lopes.
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Supercondutividade.

O caminho da menor resistência

Lutar e conquistar em todas as batalhas não é a suprema excelência; A suprema excelência consiste em quebrar a resistência do inimigo, sem lutar.

A Arte da Guerra.

A descoberta da supercondutividade

A supercondutividade foi descoberta há cerca de um século. Em 1911, H. Kamerlingh Onnes observou que a resistência elétrica do mercúrio desaparece à temperatura do hélio líquido e chamou ao fenômeno supercondutividade (Prémio Nobel da Física de 1913). Onnes mostrou ainda que no estado supercondutor, a corrente persiste indefinidamente depois de desligado o campo elétrico, o que implica uma resistência elétrica nula.

A supercondutividade é o desaparecimento total da resistência elétrica de um material, abaixo de uma temperatura crítica, geralmente baixa, e característica do material.

O que é a resistência elétrica

Resistividade da prata em função da temperatura.

Resistividade da prata em função da temperatura.

Na condução de corrente ‘normal’, os portadores de eletricidade são os elétrons livres dos metais (cerca de 10²³ por cada cm³ de metal). Em equilíbrio e na ausência de campo elétrico, o movimento dos elétrons é aleatório e há em média tantos elétrons a deslocar-se num determinado sentido como no sentido oposto, pelo que não há corrente.

Agitação térmica.

Agitação térmica.

Quando um campo elétrico é aplicado, esta simetria é quebrada e o excesso de elétrons num dos sentidos constitui a corrente elétrica. As vibrações térmicas dos íons da rede cristalina dispersam estes elétrons em todas as direções, o que se manifesta globalmente como uma resistência ao transporte dos elétrons que limita o fluxo de carga quando o campo elétrico está ligado e anula a corrente elétrica logo que este é desligado.

Corrente eléctrica num metal a altas temperaturas.
Influência da agitação térmica na resistência dos condutores a altas temperaturas (esquerda) e a baixas temperaturas (direita).
Corrente eléctrica num metal a baixas temperaturas.

Quanto mais baixa for a temperatura, menores são as vibrações térmicas e, por isso, a resistência diminui à medida que a temperatura diminui. Mas esta variação é suave e, idealmente, a resistência devia desaparecer apenas no zero absoluto, onde toda a agitação térmica pára. Mesmo isto é apenas verdade para cristais perfeitos, porque os cristais reais têm imperfeições ou defeitos (impurezas, sítios vazios, átomos no sítio errado) que contribuem para a resistência elétrica, independentemente das vibrações térmicas, e esta contribuição não desaparece quando T = 0 K.

Os supercondutores têm resistência elétrica nula

Resistividade a baixas temperaturas de um superconductor

Supercondutividade do mercúrio a baixas temperaturas.

Contudo, Onnes notou que o mercúrio perde toda a resistência abaixo de 4.2 K. A esta temperatura, ainda há agitação térmica e, claro, (quase todos) os defeitos da rede. Nem as vibrações térmicas, nem os defeitos parecem ter qualquer efeito na condução dos electrões no mercúrio abaixo de 4.2 K. Portanto, o que está em jogo na ‘supercondução’ é um mecanismo novo e diferente do que acabámos de descrever.

Outros supercondutores

Temperatura crítica versus ano da descoberta para vários materiais superconductores

Temperatura crítica versus ano da descoberta para vários materiais supercondutores

O mercúrio não é o único material supercondutor, mesmo a baixas temperaturas. A supercondutividade foi descoberta em muitos outros metais, abaixo de 10 K, como o alumínio, o chumbo, o estrôncio, o zinco e o cádmio, mas a lista não termina aqui…

Em 1981 foram descobertos compostos orgânicos que são supercondutores a baixas temperaturas, para não falar (ainda) da descoberta em 1986 de uma nova classe de materiais supercondutores a “altas” temperaturas: Os materiais cerâmicos, que como a porcelana, normalmente são isolantes… Salvo algumas exceções!

Levitação magnética

O supercondutor não é apenas um condutor perfeito. É também caracterizado pela expulsão de campos magnéticos estáticos do seu interior, um fenômeno conhecido como efeito de Meissner.

Linhas de força do campo magnético a atravessar um metal (não magnético).

Consideremos um supercondutor. Acima da temperatura crítica o metal (não magnético) comporta-se como o vácuo e as linhas de força do campo magnético atravessam-no sem sofrerem alterações, cf. figura da direita.

Expulsão das linhas do campo magnético por um material supercondutor.

Abaixo da temperatura crítica o campo magnético é expelido do interior do supercondutor, cf. figura da esquerda. O processo é reversível: se aquecermos o supercondutor acima da temperatura crítica, as linhas de força magnéticas voltam a atravessar o metal.

Correntes induzidas na superfície de um supercondutor.

O efeito de Meissner explica-se facilmente com base no fenômeno das correntes induzidas na presença de um campo magnético, cf. figura da direita. Quando a temperatura desce abaixo da temperatura crítica (Tc), são geradas super correntes persistentes que produzem um campo magnético tal que o campo externo é anulado no interior do supercondutor.

Contudo, a expulsão do fluxo só é total nos supercondutores homogêneos, conhecidos por supercondutores do tipo I. Para verificar se um supercondutor é deste tipo, o material é arrefecido abaixo de Tc, em repouso, na presença de um campo magnético externo (gerado por um eletroímã). Ao desligar o campo externo, a lei de Lenz e a resistência nula implicam o estabelecimento de uma super corrente induzida que contraria exatamente a variação deste campo. Se ao aproximar uma bússola esta não for desviada, a corrente induzida quando se desligou o campo anulou a corrente responsável pela expulsão e o material é do tipo I.

Levitação magnética.

Efeito de Meissner.

O efeito de Meissner dá origem à repulsão entre os supercondutores e ímans permanentes. As correntes que cancelam o campo exterior criam um campo magnético que é uma imagem de espelho do do imã e que a distâncias curtas pode ser suficiente para equilibrar o seu peso. A forma mais impressionante de o mostrar, e a sua imagem de marca, é a levitação de um supercondutor num campo magnético como mostra o vídeo (source).

São necessários dois para dançar?

O que torna um metal supercondutor?

Pares numa dança de salão.

A ausência de resistência elétrica dos supercondutores sugere um mecanismo do tipo condensação de Bose-Einstein. Mas os elétrons têm spin semi-inteiro e obedecem à estatística de Fermi-Dirac, que é radicalmente diferente da estatística de Bose-Einstein. Uma tentativa de explicar a condensação de elétrons considera a formação de pares de partículas. O spin de um par de elétrons ligados é dado pela soma dos spins individuais –um número inteiro– e estes pares obedecem à estatística de Bose-Einstein.

Mas como podem dois elétrons que se repelem, através da interação de Coulomb, formar um par ligado?

É necessário que exista uma atração entre os elétrons e isso não acontece para elétrons livres. Contudo, no metal os elétrons estão confinados e interagem com os íons positivos da rede cristalina. Esta interação é atrativa e dois elétrons podem atrair-se na presença da rede polarizável (deformável). O mecanismo é o seguinte: Um elétron atrai os íons na sua vizinhança. Os íons respondem movendo-se ligeiramente na direção do elétrons criando um excesso de carga positiva à volta deste. Um segundo elétron é agora atraído pela polarização localizada à volta do primeiro elétron e desta forma os elétrons sentem uma atração efetiva. O que cada elétron vê não é a carga negativa do outro, mas a carga positiva devida à deformação da rede que ele provoca. O efeito é muito parecido ao que acontece se colocarmos dois berlindes num lenço mal esticado e em termos técnicos dizemos que a atração eletrônica é mediada por fonões (vibrações da rede). Uma analogia usada frequentemente para este acoplamento é a do colchão mole, onde duas pessoas rolam para o centro, não devido a uma atração mútua, mas forçadas pela flacidez do colchão!

Deformação da rede cristalina à passagem de um electrão.
Par de Cooper a atravessar uma rede cristalina.
Pares de Cooper.

L. N. Cooper mostrou que dois destes electrões, na presença de todos os outros, se ligam com spins opostos e formam um par com spin zero (par de Cooper). O problema de muitos corpos (todos os elétrons) foi finalmente resolvido por J. Bardeen, L. N. Cooper e J. R. Schrieffer, quase meio século depois da descoberta da supercondutividade. A teoria microscópica mostrou que a supercondutividade se baseia no facto de electrões com spins opostos adquirirem fortes correlações que os fazem entrar num estado coerente, insensível às pequenas perturbações da rede, do qual resulta a ausência de resistência elétrica. A transição para o estado supercondutor é semelhante à condensação de Bose-Einstein. A teoria é conhecida por teoria BCS e os seus autores foram premiados com o Prémio Nobel da Física em 1972.

Para que servem os supercondutores?

Alguns exemplos

Os chamados supercondutores de altas temperaturas foram descobertos por G. Bednorz e A. Müller em 1986, num material cerâmico constituído por óxido de lantânio-bário-cobre. A temperatura crítica deste novo supercondutor rondava os 35 K e esta descoberta deu início à era dos supercondutores de altas temperaturas (Prémio Nobel da Física em 1987). Rapidamente novos materiais cerâmicos foram sintetizados com temperaturas críticas que ultrapassam os 77 K (temperatura de liquefação do azoto).

As aplicações dos supercondutores na construção de ímãs supercondutores são comuns. Ímans supercondutores capazes de criar campos magnéticos muito intensos são usados na técnica de imagem por ressonância magnética (MRI), em medicina, a qual permite a obtenção de imagens dos tecidos moles com resolução bastante superior à dos tradicionais raios X. Os ímãs supercondutores são igualmente usados na investigação da estrutura de moléculas complicadas através da ressonância magnética nuclear (NMR) ou no confinamento de plasmas no âmbito do reator de fusão.

A descoberta dos supercondutores de alta temperatura, contudo, torna viáveis aplicações da supercondutividade em larga escala: cabos supercondutores e comboios levitados magneticamente cf. vídeo (source) podem ser uma realidade num futuro próximo.

O Maglev japonês.

O Maglev japonês.
Ressonância magnética nuclear.
Ressonância magnética nuclear.
 Via PRISMA, À Luz da Física.

O novo Ensino Médio, por Francisco Caruso.

O sociólogo italiano Domenico de Masi, com muita propriedade, afirma que o desenvolvimento de um país não deve ser medido pelo seu PIB ou por outros indicadores econômicos, mas sim pelo número de pessoas graduadas de sua população. Por outro lado, nos ensina também ser impossível uma adequação aos novos mercados de trabalho daqueles que são analfabetos científicos, em uma sociedade cada vez mais dependente da tecnologia e da ciência.

Nesse sentido, mesmo os mais otimistas em relação ao futuro do Brasil, percebem que há duas sérias barreiras a se vencer com urgência: o ingresso na universidade e o analfabetismo científico. Entretanto, caminhando exatamente na contramão do que deveria ser a solução para esses dois sérios problemas, o Senado da República acaba de aprovar a reforma do Ensino Médio. Nela está previsto um núcleo de conteúdo comum em todo o território nacional, correspondente a 60% do total programático. Os restantes 40% seriam de livre escolha dos alunos que teriam, assim, o direito de escolher disciplinas afins com a da carreira que pretendem seguir no nível superior de ensino. Quatro são as grandes áreas: ciências humanas, ciências da natureza, linguagens e matemática.

Talvez alguns defensores dessa proposta vejam nisso uma vantagem que acabaria facilitando o ingresso na universidade. Entretanto, vejo mais desvantagens e algumas ponderações devem ser feitas. Em primeiro lugar, quem é professor universitário vê com muita clareza que é bastante significativo o número de jovens que passam no vestibular e se dão conta de que escolheram a carreira errada. Ora, imagine o que vai acontecer se tal escolha foi antecipada de três anos. Muitos cursos universitários têm exatamente o básico comum de dois anos exatamente para dar tempo ao jovem de refletir, com mais maturidade, sobre seu futuro profissional. Resta ainda saber se essa pretensa facilitação no ingresso não contribuirá para o abandono do curso, por falta de uma educação mais sólida e mais generalista. Ou ainda, não se pode prever como esse aluno assim formado no ensino médio estará preparado para ter uma sólida formação. Isso tudo sem falar nos problemas inerentes à situação atual das universidades.

O problema da alfabetização científica, por sua vez, deve ser considerado uma parte integrante essencial da problemática geral da Educação. Lamentavelmente, há muito tempo, a educação deixou de ser entendida como instrumento indispensável na formação do cidadão e vem sendo praticada como mero treinamento. Agora, com essa proposta aprovada pelo Senado, um treinamento ainda mais direcionado.

A alfabetização científica, por outro lado, é importante para o pleno exercício da cidadania. Para que essa afirmativa não parece simplesmente como mais um daqueles chavões comuns por aqui, podemos dar alguns exemplos do quotidiano em que o analfabeto científico tende a ter sérias dificuldades. Por exemplo, é difícil (e às vezes quase impossível) fazer com que um anticoncepcional (ou um medicamento) seja utilizado corretamente. Muitas mulheres e seus parceiros não conseguem ver qualquer tipo de relação de causa e efeito que efetivamente justifique o uso da pílula com regularidade, mesmo nos dias em que eles não têm relação sexual. É aceita, quando muito, uma relação de causalidade estrita, muito imediata: se a gravidez pode vir da relação sexual, “então” é preciso tomar a pílula quando se tem uma relação, e é só. Além disso, os medicamentos em geral são receitados esperando-se que o paciente tenha a noção de ciclo, de continuidade e de intervalo de tempo. Poderíamos dar uma lista enorme de exemplos, mas preferimos ressaltar que a importância da alfabetização científica não deve se restringir a melhorar pontualmente o quotidiano das pessoas; ela deve mudar as próprias pessoas.

Espera-se que do estudo de Ciências o cidadão possa constatar a relevância de valores tais como: curiosidade, humildade, honestidade, verdade, razão e ética. O cientista, assim como o velho alquimista ao mexer com a Natureza tentando compreendê-la e transformá-la, está, sobretudo, mudando a si mesmo, crescendo como ser humano. Esse processo contribui para tornar o ser humano mais crítico, mais sonhador e, muitas vezes, importa tanto ou mais do que o próprio resultado alcançado. É esse tipo de processo criativo que prepara o individuo para enfrentar os desafios do novo, a não temê-lo.

Dito isso, imaginemos que a escolha entre os quatro grandes grupos do saber seja uniforme (em uma primeira aproximação), ou seja, admitamos que apenas 25% dos alunos optem por ciências da natureza. Isso quer dizer que há uma enorme chance dos demais 75%, a partir da implantação do novo Ensino Médio, sejam analfabetos científicos. É assim que pretendemos formar mais gente? É essa a Escola que vai mudar o país?

Quem dera vivêssemos em uma sociedade na qual a escola ensinasse que se cria assim como o artesão trabalha o barro: transformando a matéria e, ao mesmo tempo, transformando a ele próprio. Essa é uma atitude que deveria ser o fulcro de todo projeto de alfabetização científica. Só assim, o país poderia enfrentar os desafios do terceiro milênio (que já começou, lembre-se) de cabeça erguida, pois, como afirma ainda Domenico de Masi, a sobrevivência na sociedade pós-moderna, eminentemente científica, reside fundamentalmente na criatividade e, acrescentaríamos, no sonho. Sendo assim, com que futuro se pode acenar a quem não for alfabetizado em Ciências?

*Francisco Caruso é físico, escritor e bibliófilo, pesquisador titular do CBPF e professor associado da Uerj. Co-autor do livro Física Moderna: Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos, que recebeu o Prêmio Jabuti em 2007. Membro do Pen Club do Brasil e agraciado com a Ordem do Mérito Científico da Academia Roraimense de Ciências.

Filosofia, Por Marcel Da Veiga.

Conheça Diógenes de Sínope, o cínico que calou Platão