A Importância da Física para o Esclarecimento do Universo e para o Desenvolvimento das Forças Produtivas da SociedadeG. Miakichev & B. Bukhovtsev Traduzido do Russo por Ana Manteigas Pedro e Anatoli Kutchúmov Adaptado por Alberto Ricardo Präss (www.fisica.net) 1. Panorama Físico do Universo A Física permite-nos conhecer as leis gerais da Natureza que regulam o desenvolvimento dos processos que se verificam, tanto no Universo circundante como no Universo em geral. O objetivo da Física consiste em descobrir as leis gerais da Natureza e esclarecer, com base nelas, processos concretos. Os cientistas, à medida que se aproximavam desse objetivo, iam compreendendo melhor o panorama grandioso a complexo da unidade universal da Natureza. O Universo não é um conjunto simples de acontecimentos independentes, mas todos eles constituem manifestações evidentes do Universo considerado como um todo. Panorama mecânico do Universo. O panorama grandioso da unidade do Universo idealizado por Newton, com base na Mecânica, causou sempre e continua a causar admiração. De acordo com o modelo de Newton, todo o Universo consta “de partículas duras, pesadas, impenetráveis e animadas de movimento”. São “partículas elementares absolutamente duras: a sua dureza é infinitamente superior à dos corpos constituídos por elas, tão duras que nunca sofrem desgaste nem ruptura”. As partículas diferem umas das outras apenas quantitativamente, isto é, pelas suas massas. Toda a riqueza, toda a diversidade qualitativa do Universo resulta das diferenças no movimento das partículas. A natureza, a essência interna das partículas como que estavam em segundo plano. As leis que regulam o movimento dos corpos, descobertas por Newton, e o seu caráter universal serviram de base para a idealização deste panorama geral do Universo. À leis de Newton obedecem com exatidão tanto os grandes astros como as pequeníssimas partículas de areia agitadas pelos ventos. O próprio vento obedece às mesmas leis, pois que consta de partículas de ar invisíveis a olho nu. Durante muito tempo os cientistas consideraram que as leis da Mecânica de Newton são as únicas leis fundamentais da Natureza. Assim, por exemplo, o físico francês LAGRANGE considerava que “não há nenhum homem mais feliz do que Newton: somente uma vez cabe a um só homem a glória de idealizar o panorama do Universo”. No entanto, o panorama mecânico simples do Universo revelou-se inconsistente. Durante o estudo dos processos eletromagnéticos soube-se que os mesmos não obedecem às leis mecânicas de Newton. Maxwell descobriu um novo tipo de leis fundamentais que não se limitam apenas à mecânica de Newton. Trata-se das leis que regulam o comportamento do campo eletromagnético. Panorama eletromagnético do Universo. por mais surpreendente que isto seja. foram descobertas as partículas eletricamente neutrais. Além disto. nas moléculas. assim como as interações de novos tipos. Porém. não podem ser constituídos por partículas de uma só espécie. Cada um dos corpos que entram em interação cria um campo eletromagnético que se propaga no espaço com uma velocidade finita. enquanto na época de existência única do panorama mecânico do Universo os cientistas tentavam reduzir os fenômenos eletromagnéticos aos processos mecânicos num meio especial hipotético (éter universal). pelo contrário. os físicos tinham tendência para deduzir as leis que regulam o movimento das partículas com base na teoria eletromagnética. nesta nova etapa. assim como criar os novos conceitos de espaço e de tempo. interação esta que se realiza instantaneamente (teoria da interação a grandes distâncias). O conceito de forças. foi impossível reduzir todos os fenômenos da Natureza apenas aos processos eletromagnéticos. segundo tal panorama. escrever a nova equação relativista do movimento que substituiu as equações de Newton nos casos de se tratar de grandes velocidades. O panorama eletromagnético do Universo atingiu o ponto culminante do seu desenvolvimento após a criação da teoria da relatividade especial. A Natureza revelou-se mais complexa do que os cientistas supunham antes: não há nenhuma lei geral do movimento nem força universal alguma que possam abranger a enorme diversidade dos processos a fenômenos no Universo. As forças eletromagnéticas são muito freqüentes na Natureza. sem dúvida. As interações realizam-se através desse campo (teoria da interação a pequenas distâncias). A diversidade do Universo é tão grande que todos os corpos. assim como entre as moléculas nos corpos macroscópicos. diretamente através do vazio. Repare-se que. nos átomos. depois de criada a eletrodinâmica. cósmicas (radiação eletromagnética dos astros). A ação das forças eletromagnéticas põe-se em evidência tanto a distâncias muito pequenas (dentro de um núcleo atômico) como muito grandes. . obedecem às leis que regulam as interações eletromagnéticas. uns sobre os outros. é a mesma que entra na constituição da Terra. sofreu alterações substanciais. As forças eletromagnéticas atuam no seio do núcleo atômico. Foi nessa altura que se tornou possível compreender a importância fundamental do valor finito da velocidade de propagação das interações eletromagnéticas.Na Mecânica de Newton admite-se que os corpos interagem. O desenvolvimento da eletrodinâmica deu origem a várias tentativas de idealizar um panorama eletromagnético do Universo. No entanto. Isto ocorre devido a que a composição de todos os átomos entram partículas carregadas de eletricidade. a matéria de que são compostos astros. As partículas constituintes da matéria eram consideradas como porções concentradas de um campo eletromagnético. A equação do movimento das partículas e a lei da interação gravitacional não podem deduzir-se da teoria do campo eletromagnético. Unidade da composição geral da matéria. Todos os acontecimentos que se verificam no Universo. Durante a primeira metade do século XX foi estabelecido o seguinte fato fundamental: todas as partículas elementares são susceptíveis de se transformarem reciprocamente umas nas outras. não são mais do que diversas formas concretas de existência da matéria. tornou-se possível o esclarecimento de novos aspectos e elementos do panorama físico universal do Universo. Depois da descoberta das partículas elementares a das suas transmutações. A desintegração dos nêutrons dá origem à formação de neutrinos. cujos quantos são fótons.Os átomos de que constam todos os corpos do Universo são iguais. com uma estrutura descontínua. por sua vez. a unidade do Universo não se limita ao caráter universal da estrutura da matéria. Todas as partículas. revolucionário dos conceitos clássicos acerca do panorama físico do Universo foi possível depois da descoberta das propriedades quânticas da matéria. A cada campo dado correspondem os respectivos quantos: os fótons. Estes quatro tipos de forças podem observar-se tanto nos espaços ilimitados do Universo. mesmo. Estas últimas manifestam-se somente durante as transmutações das partículas. quando se trata do campo eletromagnético. assente na materialidade de todas as partículas elementares. Além disto. . e em campo contínuo. A divisão da matéria em substância. A interação entre prótons a nêutrons no seio dos núcleos realiza-se geralmente através dos mésons pi. perdeu hoje o seu sentido absoluto. durante todas as transmutações das partículas elementares. nos organismos vivos). Os organismos vivos são constituídos pelos mesmos átomos que os mortos. mas sim se manifesta também nas leis que regulam o movimento das partículas e a interação delas entre si. nucleares a as chamadas interações facas. que constituem os quantos do campo nuclear. a assim sucessivamente. As partículas elementares. Este câmbio radical. Todos os átomos têm a mesma estrutura a constam de partículas elementares de três espécies. de acordo com os conhecimentos atuais. os mésons no caso do campo nuclear. por muito diferentes que sejam. A interação que se verifica entre os núcleos a os elétrons é realizada através do campo eletromagnético. na Natureza. existem apenas quatro tipos de forças. Após o aparecimento da Física Quântica. nos átomos a núcleos atômicos. Panorama físico atual do Universo. como em quaisquer corpos a objetos na Terra (entre eles. Os átomos possuem núcleos constituídos por prótons a nêutrons rodeados por elétrons. a saber: forças gravitacionais. e. Apesar da surpreendente diversidade das interações dos corpos entre si. foram descobertas muitas outras partículas elementares cuja interação só se reveste de importância considerável quando possuem energias extraordinariamente grandes. No entanto. tornou-se evidente o caráter universal da composição a da estrutura da matéria. que descreve o movimento das partículas elementares. eletromagnéticas. ditas há mais de três séculos. Não sabemos por que é que as partículas elementares são tão numerosas. são muitos os problemas.possuem propriedades ondulatórias. Pois bem. de forma que ainda é possível gozar o prazer e o regozijo proporcionado pelo trabalho criativo a pelas descobertas”. 2. Até hoje. Os princípios da Teoria Quântica são absolutamente universais. vão muito para além dos fatos que dão origem ao estudo dos respectivos fenômenos. Contudo. da existência da vontade divina que orienta os homens a um determinado objetivo hipotético. têm caráter estatístico (provável). O esclarecimento das propriedades corpusculares a ondulatórias. podendo aplicar-los tanto para a descrição do movimento de todas as partículas e a interação delas entre si. Concepção científica do Universo. A religião contém idéias sobre o caráter limitado das possibilidades do homem. Tais leis nunca podem ser violadas. a Física moderna põe em evidência a unidade universal da Natureza. quanto ao seu caráter complexo e universal. É cada vez maior o número de pessoas que se dão conta de que as leis objetivas da Natureza excluem milagres e o conhecimento perfeito destas leis aumenta o poder do homem sobre a Natureza. aparentemente incompatíveis. como para a análise das suas transmutações. sem exceção. Nos séculos passados a Humanidade depositou as suas melhores esperanças na crença no sobrenatural. No entanto. que não estão ainda definitivamente esclarecidos. que durante milênios trabalharam para desvendá-los. O dualismo onda-partícula é próprio de todas as formas da matéria. ainda não foram revelados. Os físicos conhecem já a estrutura da maior parte das partículas elementares. torna-se cada vez mais clara a relação entre diversos tipos de interações. “Aqui estão encobertos segredos tão grandes a pensamentos tão elevados que. seja em que circunstâncias for. por intermédio de uma teoria universal. As interações eletromagnéticas a as fracas são abrangidas já dentro dos limites de uma teoria comum. foi possível devido ao fato de que as leis do movimento de todas as micropartículas. As leis fundamentais estabelecidas pela Física. Estas palavras de Galileu Galilei. apesar das tentativas de centenas de sábios dos mais perspicazes. nem por que razão possuem massas e cargas diferentes e uma série de outras características específicas. todas estas grandezas foram avaliadas experimentalmente. Física a Revolução Técnico-Científica Presentemente assistimos a uma grandiosa revolução técnico-científica que começou aproximadamente há um meio de século. Não há dúvida que o progresso da ciência no domínio do esclarecimento da Natureza tem destruído a pouco a pouco esse sistema filosófico. são ainda muito atuais. Isto torna impossível o prognóstico inequívoco do comportamento dos objetos microscópicos. No entanto. Esta revolução causou alterações profundas e . Torna-se evidente que a Física das partículas elementares está em vésperas de realizar descobertas grandiosas. em Deus. as leis físicas são tão certas e objetivas como os nossos conhecimentos dos fenômenos simples observados a olho nu. incluindo própria essência física da unidade universal do Universo. dos raios gama. Os processos análogos desenvolvem-se também na Geologia. São profundas as modificações qualitativas que se verificam hoje em dia em todos os setores industriais. O aparecimento da Biologia Molecular a da Genética deu origem a uma revolução na Biologia. está a sofrer mudanças radicais. devidas às grandes realizações alcançadas pela Humanidade na conquista do espaço . alguns fatos elucidativos da importância que a Física tem para os outros domínios da ciência a técnica modernas. A Física influi consideravelmente sobre os mais variados ramos a setores da ciência. cujo funcionamento assenta na utilização de combustíveis de origem orgânica. Oceanologia a muitos outros domínios da ciência moderna. No decurso de vários milênios toda a informação de que os astrônomos dispunham sobre os fenômenos astronômicos era-lhes dada pela luz visível. são absorvidas pela atmosfera da Terra. antes de atingirem a superfície terrestre. surgiu a Radioastronomia que permitiu ampliar os nossos conhecimentos sobre o Universo. A faixa da escala eletromagnética que corresponde à banda de ondas de rádio tornou-se uma fonte adicional de conhecimentos astronômicos. uma das ciências mais antigas.qualitativas em numerosos domínios da ciência e técnica. A Astronomia. Tornou-se muito grande a possibilidade de estudo dos raios . A ciência constitui já uma força produtiva. De agora para o futuro. É grande a quantidade de informação que nos trazem do espaço cósmico as outras espécies de radiações eletromagnéticas que. ao passo que a instituição da chamada grande Química tornou-se possível graças a mudanças radicais na ciência Química. técnica a produção. devesse à passagem do emprego das centrais termelétricas. Analisemos. A mecanização e automatização complexas tornam inevitável uma revolução nos setores industrial a agrícola. A Física é uma das ciências fundamentais. Os transportes. A radioastronomia revelou-nos a existência de muitos novos corpos cósmicos. A revolução técnico-científica modificou radicalmente o papel que a ciência desempenha na vida da sociedade. graças ao desenvolvimento da Radiofísica. A revolução na produção de energia. a construção e as comunicações vão se transformando em setores realmente novos a eficazes da técnica moderna. A ofensiva do Homem no espaço cósmico deu origem a novos domínios da astronomia: a astronomia ultravioleta. infravermelha. A revolução técnico-científica. Crescem as aplicações de materiais sintéticos com propriedades novas e muito valiosas. dos raios X. além disso. torna muito atual o problema da proteção do meio ambiente. A revolução técnico-científica conduz necessariamente a Humanidade a uma grandiosa reorganização a ao aperfeiçoamento de todos os domínios da produção. para o uso das centrais elétricas atômicas. a produção dos bens materiais necessários para a Humanidade dependerá do progresso da ciência. por exemplo. Pode-se dizer que os astrônomos observavam a estudavam esses fenômenos através de uma pequena fenda no amplo espetro das radiações eletromagnéticas. Meteorologia. então. Há trinta anos. A Física moderna também desempenha um papel importante na reforma revolucionária da química. uma nova ciência que se desenvolve rapidamente. não poderiam ter alcançado tão grandes realizações no estudo dos processos que se desenvolvem nos organismos vivos. capaz de oferecer aos cientistas informação acerca dos processos que se verificam no seio dos corpos cósmicos. A quantidade de informação científica obtida pelos astrônomos durante as últimas décadas é muito superior à obtida no decurso de toda a história do desenvolvimento da astronomia até hoje. torna-se indispensável o use do combustível atômico urânio. Queimá-los em grandes quantidades significa causar dano irreparável a este setor industrial moderno de grande importância. A revolução técnico-científica na Biologia tem muito a ver com o aparecimento da biologia molecular a da genética. A criação da astronomia dos neutrinos tornou-se possível apenas devido aos êxitos alcançados pela Física dos núcleos atômicos a das partículas elementares. tório) para o fornecimento de energia. os fundamentos científicos da energética atômica e termonuclear assentam totalmente nas realizações alcançadas pela Física dos núcleos atômicos. hoje em dia. transportes. Hoje em dia estão a ser lançados os fundamentos da chamada Astronomia dos Neutrinos. geologia. ciências biológicas que estudam os processos vitais ao nível molecular. a aplicação dos métodos de pesquisas próprios da Física teve grande importância para a instituição e o desenvolvimento da biologia molecular e a genética. o petróleo e o gás natural constituem. comunicações. sendo estas as vantagens fundamentais da energética atômica em relação aos outros ramos da energética. Os biólogos. A Física deu origem também a modificações radicais em todos os domínios da técnica. Os recursos de energia contidos no combustível atômico são consideravelmente superiores aos de combustíveis de origem orgânica. a astronomia antiga vaise transformando em astrofísica. Os meios a métodos fundamentais que se empregam na biologia molecular para identificar e analisar os objetos microscópicos em estudo (microscópios eletrônicos e protônicos. por exemplo. As grandes realizações da Física serviram de base para a reconstrução da energética. Os métodos de investigação e a aparelhagem de registro utilizada pelos astrônomos são análogos aos que se empregam na Física. análise estrutural com raios X. A hulha. construção.cósmicos originais fora da atmosfera. no futuro. análise neutrônica de átomos marcados. no interior do Sol. setores industrial a agrícola. No decurso do desenvolvimento da revolução técnico-científica os astrônomos obtiveram pela primeira vez a possibilidade de analisarem todas as espécies de partículas a radiações oriundas do espaço cósmico. todos os problemas que afetam a Humanidade no domínio da energética. A revolução na energética deve-se à fundação da energética atômica. Oceanologia a outras ciências naturais. Como já foi salientado. etc. Deste modo. sem esses aparelhos a métodos nascidos nos laboratórios de Física. matéria-prima exclusiva para a chamada grande química.) são os mesmos que se usam na Física. As centrais elétricas termonucleares vão resolver. ultracentrífugas. . Portanto. . O setor industrial e a agricultura vão-se transformando em sistemas de produção complexa a automatizada. A Física Moderna permite o desenvolvimento conseqüente da miniaturização.). os exemplos citados são suficientes para nos certificarmos da enorme contribuição da Física Moderna para a realização da revolução técnico-científica. No entanto. Não podemos citar aqui todos os aspetos da influência revolucionária que tem a Física Moderna no desenvolvimento de diversos domínios das ciências e técnicas. a Física dos sólidos. Todas as séries de computadores (tanto assentes no emprego de válvulas eletrônicas. Na obtenção de tais materiais desempenharão um papel cada vez mais importante os métodos físicos de modificação da matéria (feixes de elétrons. etc. íons a de laser. modificando radicalmente a tecnologia da produção moderna. A Física Moderna tem importância radical para o desenvolvimento dos computadores. a Física do núcleo atômico e a outros domínios da Física Moderna. como as que usam semicondutores a circuitos integrados) existentes até hoje nasceram em laboratórios de física. campos magnéticos de intensidades extraordinariamente grandes. pressões e temperaturas elevadíssimas. Os métodos físicos de modificação da matéria tornaram possível a obtenção de materiais com características limites e a criação de novos métodos de trabalho das substâncias. Os fundamentos científicos dessa aparelhagem e a sua realização prática estão organicamente ligadas à radioeletrônica. O use dos lasers a da holografia permitirá aperfeiçoar ainda mais os computadores. ultra-som. A automatização complexa assenta no emprego da aparelhagem eletrônica de controlo a medição indispensável.A técnica do futuro deixará de utilizar os materiais naturais para passar a usar materiais sintéticos com as propriedades desejadas que garanta trabalho seguro a longa duração. alcançar uma grande rapidez e o trabalho seguro dos computadores eletrônicos.
Report "A Importância da Física para o Esclarecimento do Universo e para o Desenvolvimento das Forças Produtivas da Sociedade"