Alberto Mesquita Filho
Integração VII(24):63-7,2001

A história da busca de uma teoria da luz não está de modo algum concluída. O veredicto do século XIX não foi final e definitivo. Todo o problema de decidir entre corpúsculos e ondas ainda existe para a física moderna, desta vez de uma forma muito mais profunda e intrincada. Aceitemos a derrota da teoria corpuscular da luz até reconhecermos a natureza problemática da vitória da teoria ondulatória.
Einstein e Infeld [1]

Resumo e Abstract

Resumo: Novas idéias são apresentadas para a radiação eletromagnética a refutarem tanto uma natureza ondulatória quanto corpuscular. O autor esclarece alguns aspectos relativos à reação de radiação e às órbitas permitidas de Bohr, temas estes sobre os quais a física moderna fica a nos dever explicações; e sugere a existência de campos permeados por partículas reais, a contrastarem com a natureza dual da onda eletromagnética.
Palavras chave: elétron, eletromagnetismo, informação eletromagnética, radiação eletromagnética, teoria de campo.
Abstract: News ideas are presented for the electromagnetic radiation at to discord so much of a  undulatory as well as of another corpuscular nature. The author clears some aspects relative at the radiation reaction and at the allowed orbits of Bohr, something still not explained by modern physics; and suggests the existence of fields permeated by real particles, which contrast with the dual nature of the electromagnetic wave.
Key words: electron, electromagnetic information, electromagnetic radiation, electromagnetism, field theory.

2. Introdução

Em trabalho recente (MESQUITA 1993) enfatizei a necessidade de uma evolução da física no sentido de incorporar uma teoria de campo que viesse a se apoiar não em uma ação instantânea a distância entre fluidos inexistentes, mas sim em uma verdadeira comunicação entre partículas elementares. Seguindo esse princípio, propus uma teoria alternativa à clássica teoria de Maxwell-Lorentz introduzindo o conceito de informação eletromagnética (i.e.m.).

As idéias básicas, a consubstanciarem essa nova teoria, já haviam sido formuladas em 1983 e publicadas em 1984, restando o seu equacionamento bem como a sua adequação à realidade física, o que completou-se em 1993 através do trabalho citado. Detalhes complementares e importantes foram lentamente sendo acrescentados ao projeto original através de artigos vários (MESQUITA 1987, 1995a, 1995b, 1996 e 1997.

Neste ensaio serão apresentadas considerações relativas, em especial, à hipótese 2 (H-2), citada nos trabalhos de 1993 e 1997, a afirmar: O elétron (próton) emite, para o espaço circunvizinho, informações eletromagnéticas (i.e.m.), as quais polarizam este espaço. Em particular, iremos verificar:

1. como estas i.e.m. contribuem para a produção dos campos eletromagnéticos estáticos ou estacionários;
2. em que condições o elétron gera campos eletromagnéticos variáveis no tempo e não estacionários ¾radiação eletromagnética ou campos mutantes a propagarem-se pelo espaço e classicamente referidos como ondas eletromagnéticas; e
3. quais os indícios, à luz da nova teoria, a reforçarem a suspeita de que alguns destes campos mutantes estão permeados por partículas reais (fótons, neutrinos e/ou entropinos [2]) a contrastarem com a chamada natureza dual da onda eletromagnética [3].

3. Campo eletromagnético estático

As i.e.m. em trânsito, emitidas por um elétron, podem ser representadas por um campo vetorial que assume num ponto P qualquer o valor A = f(w,r,t), sendo w uma propriedade vetorial do elétron, relacionada a um giro clássico, r a distância do elétron ao ponto P considerado e t o tempo. O campo A [4] pode, eventualmente, assumir a condição A = w/r independente do tempo e dispondo-se como mostrado na figura 1); direi, repetindo o já afirmado em trabalho anterior ( 1993), que um referencial inercial é aquele onde o campo A do elétron em repouso é deste tipo (A = w/r). Por se tratar de um campo associado a uma informação emitida, A está sujeito a aberrações quando observado de referenciais em movimento em relação ao elétron (MESQUITA, 1996).

Se um elétron, inicialmente em repouso em um referencial inercial, subitamente receber um impulso e passar para um estado de movimento com velocidade constante, seu campo A sofrerá um processo de transformação a propagar-se pelo espaço na velocidade c das i.e.m. (a ser aqui considerada como uma velocidade clássica). A circunferência mostrada na figura 2 separa o campo primitivo (exterior à circunferência) do novo campo (interior à circunferência) e representa uma superfície esférica de espessura finita e proporcional à duração da aceleração. (clique na figura 2 para vê-la em tamanho normal e com nitidez.) Após certo tempo o campo do elétron adquire a mesma disposição pictórica do campo primitivo (figura 1), desde que observado agora a partir do novo referencial próprio (referencial do elétron em repouso). O gif animado apresentado na figura 3 ilustra a transformação do campo no decorrer do tempo.

	Figura 2: O campo A de um elétron que passou bruscamente do repouso (cinza) para um movimento retilíneo e uniforme.		Figura 3: Transformação do campo A no decorrer do tempo (elétron em movimento retilíneo e uniforme). Para ampliação, clique na figura.

4. Campos eletromagnéticos estacionários

Vamos admitir agora que, além de seu giro próprio, o elétron possa desenvolver um movimento de rotação num plano paralelo ao de seu giro, qual seja, um plano que contenha o vetor w, como é o caso do plano da figura 1. Tratando-se de um movimento uniforme, seria de se esperar que, atingido esse status, o elétron conservasse esse novo movimento inercial sem despender energia. Que dizer do novo campo A a ser observado?

A cada instante o elétron emite i.e.m. para todas as direções do espaço e a informar a orientação momentânea de seu vetor giro w. Se, nestas condições, w girar no plano do papel no sentido horário, o campo A, em um dado instante, terá a sua representação pictórica dada pela figura 4. O campo A retrata, em cada ponto, uma informação de um passado recente, estando sua orientação defasada daquela de w segundo uma função dependente de r (distância do ponto considerado ao elétron).

Na figura 4 mostram-se os vetores A defasados de múltiplos de p/4 radianos em relação a w estando aí representada apenas a orientação do vetor mas não a sua dependência modular relativa a r (este efeito, qual seja, a redução de tamanho com a distância, seria semelhante ao apresentado na figura 1). No decorrer do tempo o vetor A, em cada ponto, gira em torno de si mesmo como que a imitar o movimento do vetor w (figura 5).

	Figura 4: Campo A estacionário de um elétron girante (explicação no texto). Para ampliação, clique na figura.		Figura 5: Campo A estacionário de um elétron girante (explicação no texto). Para ampliação, clique na figura.

Existe um parentesco íntimo entre a imagem apresentada e aquela descrita nos livros e relativa aos campos clássicos E e B da chamada onda eletromagnética circularmente polarizada da teoria de Maxwell. Contrastando com esta última, diria que um observador situado no referencial girante a acompanhar este giro secundário do elétron (referencial próprio), obterá uma imagem semelhante para o campo A, porém estática (para este observador, o campo A não gira em torno de si mesmo).

Para o entendimento de algumas dentre as possíveis limitações ou restrições impostas pelo modelo apresentado nas figuras 4 e 5, convém imaginar um giro para o elétron da ordem de 1000 rotações por segundo, o que não deixa de ser um valor relativamente alto. Nestas condições, o último ponto representado na figura 4 distaria 300 km do elétron (assumindo c = 300.000 km/s); para rotações menores, esta distância seria proporcionalmente maior. Qualquer que fosse essa distância, e a depender apenas da intensidade do giro, outra partícula situada neste ponto periférico e que tentasse se manter em fase com o elétron central, orbitando-o no plano da figura (vide figura 6 abaixo), deveria possuir uma velocidade superior a seis vezes a velocidade da luz (exatamente igual a 2pc). Raciocinando em termos práticos poderíamos dizer com razoável certeza que esta órbita estaria fora de uma possível relação a contemplar as prováveis candidatas a "órbitas permitidas ".

Figura 6: Uma órbita improvável para um elétron
em torno de outro. Clique na figura para ampliá-la.

5. O elétron emissor de radiação eletromagnética

Ao passar do repouso para um estado de movimento uniforme (translação ou rotação) o elétron sofre ou um impulso ou um torque, o que significa dizer que durante certo tempo é submetido a uma aceleração. Sendo esta aceleração constante, o elétron ficará sujeito a um aumento linearmente crescente de sua velocidade (linear ou angular) e o efeito reflete-se numa modificação adaptativa do teor de i.e.m. emitidas. A transição entre o campo primitivo e o novo campo a se instalar é, portanto, gradativa. Esta zona de transição, comentada ao nos referirmos à figura 2, tem espessura diferente de zero, é proporcional à duração da aceleração e propaga-se pelo espaço na velocidade c das i.e.m. Temos, então, um campo mutante como que a promover, gradativamente, a transformação do campo primitivo no campo atualizado, este último a traduzir o novo comportamento do elétron; e isto nada mais é do que a chamada radiação eletromagnética.

Com grande frequência constata-se, em laboratório, que a radiação eletromagnética transporta energia. Ora, o que seria essa energia? Seria algo além das i.e.m.? O campo eletromagnético contém energia?

A energia, em física clássica, nada mais é do que um construto de alto nível a retratar o princípio da equivalência entre os fenômenos naturais: duas transformações equivalentes a uma terceira são equivalentes entre si (MESQUITA, 1993, capítulo V). O caráter relativo da energia assim definida faz-se presente por toda a física clássica e isto fica bastante nítido em mecânica, tanto na conceituação da energia cinética quanto na conceituação da energia potencial; mostra-se um pouco confuso em termodinâmica, pois retrata meramente uma equivalência entre calor e trabalho, jamais uma identidade entre energia mecânica e energia térmica (MESQUITA, 1995b), o que nem sempre fica claro para o principiante; e existe ainda a energia estudada em teorias clássicas de campo, a retratar também uma equivalência entre transformações promovidas ora pelo campo, ora por processos outros, jamais uma identidade entre a energia do campo e a energia mecânica. Enfim, é um artifício que funciona e a traduzir uma possível identidade ou, então, a existência de variáveis escondidas.

O campo, sem dúvida alguma transporta, como vimos, informações a traduzirem-se por efeitos mensuráveis. Em determinadas condições experimentais consegue-se demonstrar que os campos de algumas radiações eletromagnéticas mostram efeitos a sugerirem a aplicação do princípio da equivalência acima enunciado. Estudaremos, nos itens a seguir, aspectos relacionados a alguns desses efeitos, em virtude de relacionarem-se a um possível caráter mecânico-energético das radiações eletromagnéticas.

6. A energia das radiações eletromagnéticas

Via de regra aceita-se que uma carga elétrica acelerada emite radiação eletromagnética. Exatamente neste ponto surgem condições a propiciarem as principais divergências, polêmicas, insatisfações, absurdos e paradoxos que acompanharam a evolução da física do século XX. Já discutimos, em trabalho anterior (MESQUITA, 1993), as condições em que a física moderna aceita ou permite a não emissão de radiação por um elétron acelerado. Veremos agora o outro lado da moeda: condições em que o teor da radiação emitida por um elétron acelerado entra em conflito com as principais teorias hoje aceitas, em especial no que diz respeito à chamada reação de radiação [McDONALD (1998b) e WOODWARD (1998)].

A reação de radiação seria a força sofrida pela partícula ao emitir radiação numa direção e sentido específicos e a caracterizar uma perda de massa e/ou energia pela partícula. Por extensão, costuma-se chamar reação de radiação à variação do conteúdo energético da partícula emissora devida à emissão total, mesmo que esta se dê em várias direções concomitantemente. Um caso particular, ainda que de natureza diversa, seria o do fenômeno a gerar a clássica pressão de radiação e a demostrar que a luz, em determinadas condições, está dotada de energia mensurável. Uma revisão recente de McDONALD (1998a) retrata os significados físico e lingüístico dos termos ora apresentados, além de analisar nomenclaturas outras utilizadas pelos vários autores no decorrer dos anos.

Verifica-se experimentalmente e demonstra-se, a partir de estudos de Lorentz efetuados entre 1892 e 1903, que um elétron, ainda que emita radiação, não perde energia, ou seja, aparentemente não sofre reação de radiação, quando está sujeito a uma aceleração uniforme (por exemplo, num campo elétrico constante). Por outro lado, condições em que foram constatadas experimentalmente uma modificação do conteúdo energético do agente emissor, coincidem com aquelas em que as idéias de Lorentz prevêem tal variação, quais sejam, aquelas em que o agente emissor sujeita-se a uma variação da aceleração, ou seja, a uma aceleração não constante durante o processo. Aceitarei este fato como evidência teórico-experimental de que existem radiações de conteúdo energético aparentemente nulo e constituídas, única e exclusivamente, por i.e.m. O que as identifica com as demais radiações, e não meramente a uma simples emissão de i.e.m., seria o fato de se expressarem por campos mutantes, a exemplo dos já vistos em itens anteriores, e não redutíveis a campos estáticos ou estacionários quando analisados por seu comportamento observado em referenciais inerciais. Hipóteses alternativas podem ser encontradas em revisões recentes (McDONALD, 1998a e 1998b; e WOODWARD, 1998). Tratam-se de hipóteses via de regra concebidas em caráter ad hoc e sob climas fantasiosos, a expressarem, em última instância, a aceitação apriorística do campo como uma extensão da matéria. O exemplo mais intrigante é aquele do elétron submetido a uma aceleração centrípeta constante em módulo (variação uniforme da direção da aceleração em torno de um ponto central).

O estudo de cargas elétricas em plataformas giratórias parece estar em acordo com as idéias propostas por Lorentz para o elétron. A emissão de radiação pelos elétrons constituintes da carga elétrica ocorre concomitantemente com a reação de radiação, constatada pelo freamento da plataforma. Curiosamente, e a negar as expectativas teóricas, como comenta Stirniman (1998), se a plataforma contiver duas cargas iguais, porém de sinais opostos, a simular um condensador, a reação de radiação deixa de ocorrer. Provavelmente, e de maneira até então desconhecida, a presença de uma das cargas afeta a emissão energética da outra, reduzindo-a a zero e deixando atônitos os estudiosos do eletromagnetismo.

Visto sob o prisma da nova teoria ora em discussão, não há o que estranhar. O fenômeno simplesmente retrata o comportamento elementar, a ocorrer no microcosmo, e intimamente relacionado com o efeito macroscópico conhecido como indução elétrica. O campo eletromagnético A do elétron (vide MESQUITA, 1993 e 1997) manifesta-se por três efeitos: elétrico, magnético e indutivo; e a indução elétrica nada mais é do que um caso particular, observado em cargas elétricas, do efeito associado ao campo indutivo ou de torques t a agir sobre elétrons.

A figura 7 mostra como os elétrons dispõem-se em um condutor esférico ao constituírem uma carga elétrica. Se o condutor estiver fixo a uma plataforma girante, como mostrado na figura 8, a inércia associada à coesão dos elétrons tentará promover um giro do conjunto em relação ao condutor e no sentido oposto ao giro da plataforma. O condutor, por sua vez, promove um arraste dos elétrons muito semelhante àquele produzido por cilindros girantes imersos em meios líquidos (por ex., viscosímetro de Couette). Graças a esse fenômeno, em nada a diferir de um processo viscoso, o condutor fica sujeito a um torque que se transmite à plataforma promovendo o seu freamento.

Se a plataforma girante contiver duas cargas iguais e de sinais opostos, o campo de efeitos indutivos irá agora dispor elétrons e prótons pareados, como mostra a figura 9 (a carga positiva é um pouco mais complexa mas a omissão de sua estrutura não invalida o argumento). Pelo fato das partículas de uma carga permanecerem fixas e aprisionadas em relação à estrutura da outra carga, e tendo em vista que os condutores estão em repouso um em relação ao outro, neste caso não temos o arraste viscoso e, portanto, não ocorre a reação de freamento, o que concorda com o achado experimental. Neste caso (figura 9) as partículas geradoras de campo eletromagnético permanecem fixas em relação à plataforma, sendo possível imaginar, para cada partícula, um referencial não inercial no qual ela, ao girar, dá origem a um campo estacionário semelhante ao apresentado na figura 4.

7. O componente material das radiações eletromagnéticas

O interessante e notável é que os processos descritos no item anterior diferenciam-se meramente por um caráter termodinâmico. No primeiro caso (figura 8) temos um arraste viscoso e a reação de radiação relaciona-se a um processo irreversível. No segundo caso (figura 9) também existe um arraste, agora mediado pelo campo eletromagnético, a distinguir-se do anterior por não haver reação de radiação nem tampouco algo a sugerir a irreversibilidade do processo. Este é um dado a corroborar a hipótese de que os fenômenos termodinamicamente irreversíveis acompanham-se da emissão de partículas dotadas de massa e energia, os entropinos (MESQUITA, 1995b). A relação entre reação de radiação e irreversibilidade já foi suspeitada por SCHOTT (1912-5, citado por McDONALD, 1998a)

As radiações melhores conhecidas são aquelas produzidas quando o elétron sofre uma aceleração variável no tempo em resposta a um estímulo eletromagnético (campo não uniforme). O exemplo típico é aquele observado pelo elétron ao tentar se encaixar numa das possíveis órbitas permitidas de Bohr que nada mais são do que as regiões de um átomo onde o elétron consegue adequar suas propriedades dinâmicas e eletromagnéticas às exigências de um campo eletromagnético estacionário, como aquele apresentado nas figuras 4, 5 e 6 e produzido por um dos prótons nucleares. Nesta tentativa o elétron emite (ou absorve) partículas (fótons) como que a regular e/ou adaptar suas propriedades, em busca de uma estabilidade.

Fótons, entropinos e/ou neutrinos são portanto os corpúsculos de Newton, constituintes materiais a completarem as radiações eletromagnéticas dotadas de energia não nula. Reproduzem, a sua maneira, e num nível mais elementar, as características do elétron emissor. Conforme a direção da emissão em relação ao giro do elétron, portam-se como os férmions (entropinos e/ou neutrinos) ou os bósons (fótons) da física moderna.

8. Bibliografia

1. McDONALD, K. T. 1998a: Limits on the Applicability of Classical Electromagnetic Fields as Inferred from the Radiation Reaction, Joseph Henry Laboratories, Princeton University, Princeton, NJ 08544 (Jan. 29), http://www.hep.princeton.edu/~mcdonald//accel/
2. McDONALD, K. T. 1998b: Hawking-Unruh radiation and radiation of a uniformly accelerated charge, Joseph Henry Laboratories, Princeton University, Princeton, NJ 08544 (March 4), http://www.hep.princeton.edu/~mcdonald//accel/
3. MESQUITA F.°, A., 1984: Os átomos também amam, editado pelas Faculdades São Judas Tadeu (hoje Universidade São Judas Tadeu), São Paulo.
4. MESQUITA F.°, A., 1987: Confesso que blefei ¾ Física antiga vs moderna, editado pelas Faculdades São Judas Tadeu (hoje Universidade São Judas Tadeu), São Paulo.
5. MESQUITA F.°, A., 1993: A equação do elétron e o eletromagnetismo, Ed. Ateniense, São Paulo. O conteúdo deste livro, atualizado e com nova distribuição dos capítulos, está publicado em duas seções deste Web site: A equação do elétron e o eletromagnetismo (capítulos I, II, III, IV e VI) e Eletromagnetismo e Relatividade (capítulo V).
6. MESQUITA F.°, A., 1995a: Similaridades entre campos de velocidade e o campo eletromagnético, Integração I(1):15-9.
7. MESQUITA F.°, A., 1995b: Variáveis escondidas e a termodinâmica, Integração I(3):179-81.
8. MESQUITA F.°, A., 1996: Sobre a natureza físico-matemática do elétron, Integração II(4):26-30.
9. MESQUITA F.°, A., 1997: The electron equation and electromagnetism, Integração III(11):286-304,1997.
10. STIRNIMAN, R., 1998: Woodward and ZPE http://www.inetarena.com/~noetic/pls/Papers/rs-woodward.html (site desativado) (originalmente publicado em Vortex-L Discussion Group).
11. WOODWARD, James F. 1998: Radiation Reaction (Woodward is a member of the faculty of Cal State Fullerton, in both the Physics and History departments) originariamente em http://chaos.fullerton.edu/~jimw/general/radreact/index.html e atualmente em http://physics.fullerton.edu/~jimw/general/radreact/

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Referências:

1. EINSTEIN, A. e L. INFELD, A Evolução da Física , Zahar Ed., Rio de Janeiro, 1980, p. 98.
2. A existência dos entropinos é sugerida por MESQUITA (1995b).
3. Segundo a física dualista, um mesmo e único objeto elementar pode manifestar-se de duas formas diferentes não concomitantes (no caso, onda ou partícula), o que contrapõe-se ao monismo segundo o qual a duplicidade de efeitos observada resulta da ação de dois unos (no caso, campo e partícula), cada um potencialmente capaz de manifestar seu caráter próprio, independentemente da manifestação ou não do outro.
4. O campo A e seus campos associados, de efeitos elétrico e magnético estão descritos em A equação do elétron e o eletromagnetismo e Sobre a natureza físico-matemática do elétron.
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