Breviário do pensamento cosmológico – “os pacotes de energia”

E = hv Quantum de energia de um fotão

h = constante de Planck

v = frequência de radiação

O início do séc. XX foi uma época de extraordinário progresso para a Ciência, especialmente para a Física do muito..., muito pequeno – a Física das partículas – que equacionou questões chave que dominam hoje a Cosmologia[1] e a Cosmogonia[2].

A aceitação universal da teoria Newtoniana (Teoria da Gravitação), tinha levado o cientista francês Laplace (início do séc. XIX), a formular que o Universo era todo ele determinado. Laplace sugeria que existiam um conjunto de leis científicas que permitiam prever tudo o que viesse a acontecer no Universo, sendo apenas necessário termos conhecimento da caracterização completa do seu estado num dado momento. Era como se o conhecimento da posição do Sol e dos planetas em determinado momento, nos permitisse, futuramente, conhecer outros estados do sistema solar. A doutrina do determinismo cientifico foi aceite até aos primeiros dias do séc. XX. Um dos primeiros indícios de que o determinismo tinha os dias contados, foi dado pelas conclusões dos cientistas britânicos Lorg Rayleigh e Sir James Jeans, sobre a radiação emitida por corpos quentes, como por exemplo uma estrela: esta devia radiar quantidades ilimitadas de energia. Segundo o que se pensava, um corpo quente devia emitir ondas electromagnéticas em quantidades iguais em todas as frequências; e como o número de ondas por segundo não tem limite, deduzia-se que a energia total radiada seria ifinita, o que não era fisicamente correcto.

Foi quando o cientista alemão Max Planck[3] sugeriu que a luz, os raios X e as outras ondas electromagnéticas não podiam ser emitidas em quantidades arbitrárias, mas apenas em certas quantidades pequenas, a que chamou quantum[4]. Cada quantum teria uma quantidade de energia que seria tanto maior, quanto mais alta fosse a frequência das ondas. Assim, a uma frequência suficientemente alta, a emissão de um único quantum necessitava de mais energia do que a que se encontrava disponível; o que implicava que a radiação a altas frequências seria reduzida e a potência de emissão seria finita.

A hipótese dos quanta explicava muito bem a emissão de radiação por corpos quentes.

Einstein demonstrou que a hipótese quântica de Planck explicava o chamado efeito fotoeléctrico: o modo como alguns metais libertavam electrões ao ser iluminados – a energia quântica absorvida pelo metal, desloca os electrões periféricos do átomo, sendo então emitidos. Este efeito é a base dos modernos detectores de luz e aparelhos de televisão (foi por este trabalho que Einstein recebeu o Prémio Nobel da Física, em 1921).

Em 1906, Einstein interpretou os quanta como partículas de luz. Chamou-lhes fotões.

Mas as implicações da teoria quântica no determinismo só foram compreendidas em 1926, quando outro cientista alemão, Werner Heisenberg, formulou o seu famoso Princípio da Incerteza...

Copérnico & Galileo

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[1]Cosmologia-(Gr. Kosmología, tratado das leis finais que regem o Universo), s. f. Ciência que estuda o Universo como um todo, incluindo a sua origem, a sua evolução e teorias do seu desenvolvimento futuro; -(Astr.) parte da Astronomia que se dedica ao estudo das características físicas globais do Universo.

[2]Cosmogonia (Gr. Kósmos, universo + goné,  nascimento), s. f. designação das várias teorias que têm por objectivo explicar a formação do mundo.

[3]Max Planck – físico alemão (1889-1928), Prémio Nobel da Física em 1918 pela sua formulação da Teoria Quântica.

[4]Quantum – definição baseada na constatação de que todas as formas de energia são libertadas ou absorvidas em unidades discretas ou blocos, chamados quanta (plural de quantum, lat. quantidade)