A energia da física moderna (1)

framesAlberto Mesquita Filho

 

Cópia, ligeiramente modificada, de mensagem enviada à Ciencialist e ao news.uol.carreiras.física em 09/mar/02

Esta mensagem, com ligeiras modificações, foi transformada em Editorial [vide Integração VIIII(30):163-4,2002]

 

O século XX primou pela descaracterização do conceito energia desenvolvido pelos físicos dos três séculos anteriores. Energia, para um físico moderno, representa muito e não representa nada. Eles mexem aqui, mexem ali, e conseguem contabilizar valores energéticos a seu bel prazer. Sim, disse contabilizar. E contabilizam no sentido mais pejorativo que se possa dar a essa expressão. Recentemente ouvi uma piada a respeito de contadores —e respeito a classe, mas gosto de piadas— em que alguém pergunta a um contador: Quanto é dois mais dois. Ao que ele responde: Quanto você quer que dê o resultado? Pois os físicos modernos trabalham dessa maneira quando manipulam a energia. Energia para eles é aquilo que se conserva depois que jogam no lixo tudo o que possa não lhes interessar. A expressão E = mc² tem muito dessa deturpação e até hoje não consegui nenhuma explicação lógica e convincente a identificar energia com massa e/ou com matéria. Aliás, o físico moderno coloca massa e matéria no mesmo saco e a seguir identifica-as, em circunstâncias que lhes interessam, com a energia. Não sou contra a fórmula, pois ela é muito interessante. Digo apenas que a fórmula traduz uma propocionalidade a ser pesquisada, jamais uma identidade física, pois não creio que matéria e energia sejam a mesma coisa, nem que uma transforme-se em outra.

Vou aqui comentar ligeiramente alguns aspectos dessa "energia" dos físicos "modernos", em especial aqueles aspectos que relacionam-se com a luz. Em outra mensagem exponho o que penso sobre o conceito clássico de energia.

MaxwellSegundo a teoria de Maxwell, parcialmente modificada por Lorentz e outros, uma carga elétrica acelerada *deve* emitir energia eletromagnética e o faz sob forma de luz e/ou onda eletromagnética. Coloquei um "e/ou" pois a teoria genuína de Maxwell não nos garante que a luz seja uma onda, se bem que admita que a luz possua características eletromagnéticas. Ou seja, a teoria de Maxwell "sugere" que tanto a luz quanto "aquilo que é emitido por uma carga elétrica em movimento acelerado" possam ser mesma coisa, haja vista que propagam-se à mesma velocidade c, o que pareceu na época ser uma coincidência fantástica.

A obrigatoriedade da emissão de energia eletromagnética por uma carga acelerada começou a incomodar os precursores da física moderna no início do século XX. Em primeiro lugar porque eles postularam —a meu ver sob um aspecto totalmente errôneo e a retratar uma ingenuidade sem comparações na história da física— que uma partícula elementar, tal como o elétron (ou o próton) possui uma estrutura exatamente idêntica à de uma carga elétrica maxwelliana. E a "lógica" utilizada foi a seguinte: Simplesmente assumiram que o elétron é uma carga elétrica, posto que uma carga elétrica é formada por elétrons. Isso é o mesmo que assumir que o átomo é um computador, posto que um computador é formado por átomos. Ou então que a molécula de água é amorfa, posto que a água é amorfa e é formada por moléculas de água. Dá para perceber a falácia lógica do argumento?

Ao mesmo tempo estava-se descobrindo a estrutura atômica (Rutherford et al.) segundo a qual o elétron orbitava o núcleo. Ora, se ele gira em torno do núcleo ele está sob uma aceleração centrípeta, e se ele está sendo acelerado, e "é" idêntico a uma carga elétrica macroscópica, ele "deve" emitir energia eletromagnética. Mas se ele emitir energia eletromagnética ele perde energia e fatalmente cairá sobre o núcleo, e isso não acontece com átomos estáveis. O elétron atômico somente emite energia quando estimulado a saltar de uma órbita para outra, ou seja, quando sob o efeito de outras acelerações que não a centrípeta.

BohrEste problema foi "resolvido" por Bohr que contabilizou o processo da seguinte maneira: O elétron foi considerado como trafegando por uma órbita permitida, qual seja, aquela onde ele estaria autorizado a desobedecer a teoria de Maxwell, que continuaria válida para todos os demais efeitos. Esta é a origem da física quântica (1913) que veio após os quanta de Planck (1901) e o efeito foto-elétrico de Einstein (1905). Uma teoria que foi criada não para salvar a teoria de Maxwell em si, mas a concepção que os físicos da época —em especial Lorentz— faziam sobre o elétron. Ou seja, Bohr criou uma medida provisória a salvar o decreto de Lorentz relativo à natureza dos elétrons (o elétron pensado como sendo idêntico a uma carga elétrica). Assim como os políticos recorrem com frequência a uma contabilidade "fajuta", os físicos aprenderam com Bohr a contabilizar o princípio da conservação da energia de forma a que ele nunca pudesse ir contra as idéias que lhes convém. E isso, a partir de então, é feito descaradamente e quase que diariamente, e a física moderna vem resistindo a falseamentos, por quase cem anos, graças a essa providencial contabilidade.

Com respeito ao tema em discussão, a coisa complicou-se muito. As manobras primitivas foram todas esquecidas e/ou colocadas na gaveta ou mesmo em baixo do tapete. A preocupação de hoje não é mais salvar a teoria de Maxwell nem a idéia de Lorentz sobre a natureza do elétron, mas a de salvar milhares de absurdos que surgiram em série durante todo o transcorrer do século XX. E isso tem implicação até mesmo política e/ou econômica, pois a fábula que foi gasta pelos físicos modernos em defesa de seus argumentos seria suficiente para que se derrubassem muitos governos de países do primeiro mundo, tão logo a população ficasse ciente da má aplicação de seus impostos de renda. Mas esse é um outro assunto que não gosto nem de comentar e que relaciona-se ao que tenho chamado por "Inquisição dos Tempos Modernos". O Brasil gasta muito pouco em ciência mas não tenham dúvidas de que muito da verba da Capes ou do CNPq destinam-se única e exclusivamente à manutenção do status quo.

Voltemos ao nosso estudo. Que dizer da luz? A luz transporta energia? A luz é energia? Todas as anteriores? Nenhuma das anteriores?risos

Bem, eu não disse ainda o que penso sobre energia, não é verdade? Mas ainda assim vamos explorar um pouquinho mais o tema. Existe algo chamado reação de radiação e a mostrar que em muitas condições a luz transporta energia até mesmo no sentido clássico do termo. Rigorosamente falando, reação de radiação seria equivalente ao golpe sentido por quem dá um disparo com arma de fogo. E, com efeito, tem-se demonstrado que em muitas circunstâncias as partículas que emitem luz (partículas da fonte) sofrem como que um golpe semelhante. Com grande frequência, e por vício de linguagem, chama-se também reação de radiação ao efeito oposto, qual seja, o impacto transferido pela luz ao chocar-se com um objeto e mais apropriadamente relacionado à chamada "pressão da luz". Se bem que este impacto não seja exatamente uma "reação de radiação", costuma-se justificar a utilização do termo pois retrata um fenômeno do mesmo tipo e a ser descrito por equações semelhantes, apenas trocadas de sinal. Num caso, os objetos em estudo (arma e projétil, no caso do tiro com arma de fogo) se dividem e no outro podem se agrupar (projétil e alvo) ou não, conforme haja absorção ou reflexão. A expressão "pressão da luz" é mais frequentemente utilizada para os casos em que ocorre reflexão da luz incidente.

Se colocarmos uma carga elétrica numa plataforma giratória e afastada do centro, essa carga emitirá luz e/ou radiação eletromagnética assim que a plataforma começar a girar. Essa emissão acompanha-se de reação de radiação, o que pode ser constatado pelo freamento sofrido pela plataforma (2). Ou seja, se quisermos manter a plataforma girando a uma velocidade angular constante, devemos fornecer uma energia superior ao atrito e a corresponder a essa reação de radiação. Isso já foi bem estudado. Se nessa mesma plataforma colocarmos não uma carga, mas duas, e de mesma intensidade porém de sinais contrários, seria de se esperar que as duas cargas emitissem radiação, ou seja, seria de se esperar que a perda de energia dobrasse. O que se observa na prática? Se as duas cargas forem exatamente iguais, a reação de radiação simplesmente desaparece totalmente, ou seja, transforma-se em zero. O sistema não perde energia alguma. Isso também já foi muito bem estudado, se bem que pouquíssimo comentado na literatura. Se quiséssemos retornar á física clássica esse dado seria interessantíssimo, pois o par elétron-próton do átomo, suposto como um sistema de estrelas duplas, também gira e não emite radiação. Mas isso explicaria o problema atômico de uma forma totalmente diferente daquela apresentada por Bohr (órbitas permitidas) e, com isso, mais cedo ou mais tarde, toda a física quântica iria para o espaço pois a explicação para o fenômeno seria 100% clássica. E isso "ninguém" quer!

elétron aceleradoMas a coisa é mais complicada. Vamos pensar agora no caso de uma única carga acelerada e, em particular, o "elétron dos físicos modernos". E vamos supor que esse elétron esteja sujeito a uma aceleração constante, como aquela que sofre entre as placas de um condensador ou então de um acelerador de partículas que utilize desse princípio (campo elétrico constante). Esse elétron emite radiação. Não obstante, ele não perde energia graças a essa emissão, nem aquela quantidade "supostamente" contida na radiação, nem aquela devida à suposta reação de radiação. A única variação de energia percebida é o ganho relacionado à aceleração sofrida no processo, energia essa extraída do sistema (condensador — alguns dizem que seria a energia extraída do campo, mas vejo algumas impropriedades nessa afirmação). Isso não só já foi verificado experimentalmente como também deduz-se a partir de estudos efetuados por Lorentz entre 1892 e 1903. Mas se o elétron emitiu radiação e não perdeu energia, pergunto: Quanto de energia está contida nessa radiação emitida? Se a resposta for diferente de zero teremos que refazer a contabilidade, ou não? A energia teria sido criada pelo processo? Mas como, se a energia se conserva? Quem perdeu energia? Até hoje ninguém respondeu a essa pergunta. E até então eu sou obrigado a supor que existem radiações com conteúdo nulo de energia. Que fazer então com aquela fórmula que me diz que E = hf onde h é uma constante e esse f, até prova em contrário, não pode ser igual a zero? Ou será que pode?

Deixo então no ar as seguintes perguntas:

  1. A radiação eletromagnética contém sempre energia?
  2. A luz transporta energia sempre?
  3. Luz e radiação eletromagnética são a mesma coisa?

[ ]'s
Alberto

 

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Referências:
  1. Esse texto é parte de um diálogo, ligeiramente modificado, que venho mantendo (2002) com o teorizador compatriota Geraldo Antunes Cacique. Muitos de seus trabalhos podem ser encontrados no URL http://www.deducoeslogicas.com/ Aos interessados em teorias alternativas chamo a atenção, em particular, para a "curvatura dos raios de luz", algo bastante interessante. Creio que o Cacique seja pioneiro nessa maneira clássica de interpretar um raio de luz visto por dois referenciais distintos. Quanto ao restante de suas idéias ainda não me encontro na posição de emitir um juizo, mas apenas de estimulá-lo para que prossiga por este caminho.
  2. Esse assunto é melhor discutido em O elétron emissor de informações eletromagnéticas, item 6.
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