2015 - Ano Internacional da Luz

Segunda, 05 Janeiro 2015 12:05 | Escrito por 

A proclamação de 2015 como o Ano Internacional da Luz e Tecnologias da Luz, aconteceu no dia 23 de dezembro de 2013, durante a 68a. Assembleia Geral da ONU. O objetivo é celebrar a luz como matéria da ciência e do desenvolvimento tecnológico, promover o conhecimento sobre o papel essencial que a luz desempenha em nossas vidas e assinalar, como refere a resolução aprovada pela Assembleia Geral da ONU, algumas datas científicas importantes, que coincidentemente fazem aniversários “redondos” nessa altura.

Em 2015, completam-se 100 anos da teoria da relatividade geral, de Albert Einstein. E os 110 anos da explicação do efeito fotoelétrico, também de Einstein e que lhe valeu o Nobel da Física de 1921, anunciado no ano seguinte.

Outra data, entre outras: em 2015 comemoram-se os 50 anos da descoberta da radiação cósmica de fundo, a radiação emitida no Big Bang, ocorrido há 13.800 milhões de anos, e que banha todo o Universo. Por esta descoberta, os norte-americanos Arno Penzias e Robert Wilson ganharam o Nobel da Física em 1978.

“O Ano Internacional da Luz é uma grande oportunidade para garantir que os líderes políticos tomem consciência dos problemas que a tecnologia da luz pode resolver”, sublinhou o presidente da comissão para a celebração do Ano Internacional da Luz, John Dudley.  A fotônica, a ciência ligada ao processamento e à detecção de sinais de luz, fornece soluções de baixo custo para desafios que se colocam em várias áreas: energia, desenvolvimento sustentável, alterações climáticas, saúde, comunicações e agricultura. Por exemplo, soluções inovadoras na área da iluminação reduzem o consumo de energia e o impacto ambiental, ao mesmo tempo que minimizam a poluição luminosa, para que todos possamos apreciar a beleza do Universo num céu escuro”, acrescentou John Dudley, citado num comunicado da Sociedade Internacional para a Óptica e a Fotônica.

“A luz nos dá a vida através da fotossíntese, deixa-nos ver para trás no tempo em direção ao Big Bang cósmico e nos ajuda a comunicar com outros seres vivos aqui na Terra – e talvez com outros no espaço exterior, caso um dia os encontremos”, notou por sua vez o cientista da NASA John Mather, premiado com o Nobel da Física de 2006, juntamente com George Smoot, pelos seus trabalhos no satélite Cobe, que permitiu ver em detalhe a radiação cósmica de fundo quando o Universo tinha 300 mil anos, como até aí não tínhamos conseguido.
Einstein estudou a luz ao desenvolver a teoria da relatividade, quando acreditou que as leis da natureza que nos dão a luz deveriam certamente ser verdadeiras, independentemente da velocidade a que a luz se desloque. Agora sabemos que até os elétrons e os prótons se comportam de forma semelhante às ondas de luz, de maneiras que continuam a “nos espantar”.

E as tecnologias ópticas e fotônicas desenvolvidas para a exploração do espaço deram-nos muitas aplicações válidas na vida cotidiana.

 

OS GRANDES HOMENAGEADOS EM 2015

 ALBERT EINSTEIN

einstein

Albert Einstein, o mais célebre cientista do século 20, foi o físico que propôs a teoria da relatividade e que ganhou o Prêmio Nobel de física de 1921.Tornou-se famoso mundialmente como um sinônimo de inteligência. Suas descobertas provocaram uma verdadeira revolução do pensamento humano, com interpretações fi losófi cas das mais diversas tendências.

Einstein nasceu na Alemanha em uma família judaica. Seus pais, Hermann Einstein e Pauline Koch, casaram-se em 1876 e se estabeleceram na cidade de Ulm , onde Hermann tornou-se proprietário de loja de penas de colchões. Quando Einstein tinha um ano de idade, a família se mudou para Munique; com três, apresentou difi culdades na fala; aos seis, aprendeu a tocar violino, instrumento que o acompanharia ao longo da vida. Em 1885, Hermann fundou, com o irmão Jacob, uma empresa de material elétrico; e em outubro desse mesmo ano, Einstein começou a frequentar uma escola católica em Munique; logo depois entrou no Luitpold Gymnasium, onde permaneceu até os 15 anos. Com difi culdades nos negócios, em 1894 a família se mudou para a Itália, mas Einstein permaneceu em Munique, a fi m de terminar o ano letivo. Em 1895, fez exames de admissão à Eidgenössische Technische Hochschule (ETH), em Zurique, mas foi reprovado em ciências humanas. Foi então para Aarau, também na Suíça, para terminar a escola secundária. Em 1896 recebeu o diploma da escola secundária e, aos 17 anos, renunciou à cidadania alemã, fi cando sem pátria por alguns anos. A cidadania suíça lhe foi concedida em 1901. Cursou o ensino superior na ETH em Zurique, onde mais tarde foi docente. A 06 de janeiro de 1903, casou-se com Mileva Maric, com quem teve três fi lhos: Lieserl, Hans Albert e Eduard. A primeira morreu ainda bebê, o mais velho tornou-se professor de hidráulica na Universidade da Califórnia e o mais jovem, formado em música e literatura, morreu num hospital psiquiátrico suíço. Entre 1909
e 1913, Einstein lecionou em Berna, Zurique e Praga. Voltou à Alemanha em 1914, pouco antes do início da Primeira Guerra Mundial. Aceitou um cargo relativo à pesquisa na Academia Prussiana de Ciências, e uma cadeira na Universidade de Berlim, onde também assumiu a direção do Instituto Wilhelm de Física.

No dia 04 de novembro 1915, o físico Albert Einstein apresentou a primeira das quatro palestras, sobre uma formulação covariante, de sua proposta de modifi cação da física newtoniana da gravitação universal, na Academia Prussiana de Ciências. Desde então, a Relatividade Geral se tornou o paradigma da teoria da gravitação. No ano seguinte o cientista publicou “Fundamento Geral da Teoria da Relatividade”.

Em 1919, separou-se da esposa Mileva e se casou com a prima, Elsa. Naquele ano tornou-se conhecido em todo o mundo, depois que sua teoria foi comprovada em experiência realizada durante um eclipse solar. Einstein ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1921 e foi indicado para integrar a Organização de Cooperação Intelectual da Liga das Nações. No mesmo ano, publicou “Sobre a Teoria da Relatividade Especial e Geral”.

Ao longo da vida, Einstein visitou diversos países, incluindo o Brasil, em 1925. Entre 1925 e 1928, ele foi presidente da Universidade Hebraica de Jerusalém. Em 1933, Hitler chegou ao poder na Alemanha, e o cientista foi aconselhado por amigos a deixar o país, renunciando mais uma vez à cidadania alemã.

A 07 de outubro de 1933, Einstein partiu para os Estados Unidos, onde passou a integrar o Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton. Em 1940, ganhou a cidadania americana, mantendo também a cidadania suíça. Em 1941, teve início o Projeto Manhattan, que visava o desenvolvimento da bomba atômica pelos americanos, Einstein não teve participação no projeto. Em 1945, renunciou ao cargo de diretor do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, mas continuou a trabalhar naquela instituição.

A intensa atividade intelectual de Einstein resultou na publicação de grande número de trabalhos, entre os quais “Por Que a Guerra?” (1933), em colaboração com Sigmund Freud; “O Mundo como Eu o Vejo” (1949); e “Meus Últimos Anos” (1950). A principal característica de sua obra foi uma síntese do conhecimento sobre o mundo físico, que nos levou a uma compreensão mais abrangente e profunda do universo. Em 1952, Ben-Gurion, então primeiro-ministro de Israel, convidou Albert Einstein para assumir o cargo de presidente do Estado de Israel, por estar doente, ele recusou. Uma semana antes de sua morte, assinou sua última carta, endereçada a Bertrand Russell, concordando em que o seu nome fosse incluído numa petição que exortava todas as nações a abandonar as armas nucleares.

Contribuindo para a física no século 20, no âmbito das duas teorias que constituíram seus traços mais peculiares, dos quanta e da relatividade, Einstein deu, à primeira, o elemento essencial de sua concepção do fóton, indispensável para que mais tarde, na mecânica ondulatória de Louis de Broglie, fundissemse a mecânica e o eletromagnetismo. E deu à segunda sua signifi cação completa e universal, que se extrapola dos campos da ciência pura e atinge as múltiplas facetas do conhecimento humano. Saliente-se também que algumas das descobertas de Einstein, como a noção de equivalência entre massa e energia, e a do continuum quadridimensional, suscitaram interpretações fi losófi cas de variadas tendências.

Einstein morreu a 18 de abril de 1955, em Princeton, Nova Jersey, aos 76 anos. Seu corpo foi cremado.

 

ARNO PENZIAS E ROBERT WILSON

penzias                                        wilson

 

Nos anos cinquenta, apareceram duas teorias para a origem do universo: A primeira, chamada teoria do estado estacionário, defendida por Hermann Bondi, Thomas Gold e Fred Hoyle, propunha que o universo é sempre o mesmo em todos os tempos, bem como em todos os pontos do espaço. Para isso ser possível, haveria criação contínua de matéria.

Uma teoria rival, mais controversa, tentava incorporar a expansão do universo em seus pressupostos, depois que Edwin Hubble tinha mostrado, em 1929, que as galáxias estão se afastando umas das outras a velocidades espantosas.

O conflito entre as duas teorias foi resolvido por dois físicos americanos da Bell Telephone Laboratories, em Nova Jersey, Arno Penzias e Robert Wilson, em 1965. Eles estavam testando um ultra-sensível detector de microondas, quando descobriram que o aparelho estava registrando mais ruído do que seria de se esperar. O ruído extra não apresentava variações, mesmo que o detector fosse apontado para o horizonte ou para o meio do céu; portanto, deveria vir de fora da atmosfera. Era também o mesmo ruído durante o dia, ou à noite e durante todo o ano, ainda que a Terra estivesse em rotação sobre seu eixo e percorrendo sua órbita em torno do Sol. Isso demonstrava que a radiação deveria vir de fora do sistema solar e, mais ainda, de fora da Galáxia.

Quase ao mesmo tempo, dois físicos americanos da Universidade de Princeton, Bob Dicke e Jim Peebles trabalhavam numa sugestão de George Gamow, de que a separação entre as galáxias deve ter sido muito menor no passado, e o universo primordial infinitamente denso e quente. Em 1948 Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman realizaram o feito de mostrar que, devido à expansão contínua do universo, esta radiação primordial estaria nos atingindo agora, na faixa de onda de microondas, com uma temperatura de aproximadamente 5 K. Dicke e Peebles estavam se preparando para procurar essa radiação, quando Penzias e Wilson ouviram falar de seu trabalho e se deram conta de que já a tinham descoberto. Por isso Penzias e Wilson ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1978.

A radiação cósmica de fundo de microondas nos dá a visão mais remota do universo primordial, já que, além deste limite, o meio era opaco à radiação. Ela originou-se na superfície do último espalhamento, há aproximadamente 230.000 anos, depois do Big Bang, quando o universo se tornou transparente à radiação eletromagnética.

No entanto, somente durante a década de 1970, foi estabelecido o consenso de que a radiação de fundo é um resquício do Big Bang. Isso ocorreu principalmente porque novas medidas, em uma gama de frequências, mostraram que o espectro é, de fato, térmico de corpo negro, um resultado que o modelo de estado estacionário foi incapaz de refutar.

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OUTROS GRANDES NOMES QUE MERECEM NOSSA HOMENAGEM NO ANO INTERNACIONAL DA LUZ

MAX PLANCK

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Max Karl Ernst Ludwig Planck, cientista alemão nascido em Kiel no dia 23 de abril de 1858, abriu caminho para o que hoje conhecemos como teoria quântica.

Pertencendo a uma família de grande tradição acadêmica, Planck estudou nas Universidades de Munique e Berlim, onde teve aulas com Helmholtz e Kirchhoff, e recebeu seu doutorado, em 1879. Até o contato com esses dois grandes cientistas, ainda tinha dúvidas entre seguir a carreira musical ou a científica.

Ele foi Professor em Munique de 1880 a 1885, em seguida, Professor Associado de Física Teórica, em Kiel, até 1889. Com a morte de Kirchkoff, assumiu a Cátedra de Física Teórica da Universidade de Berlim (1887), onde foi posteriormente reitor. Permaneceu trabalhando nesta Universidade até sua aposentadoria em 1926. Mais tarde ele se tornou presidente da Sociedade para a Promoção da Ciência Kaiser Wilhelm (hoje Sociedade Max Planck), um posto que ocupou até 1937. A Academia Prussiana de Ciências o nomeou membro em 1894 e Secretário Permanente, em 1912.

Os primeiros trabalhos de Planck foram sobre termodinâmica. Também publicou trabalhos sobre a entropia, termoeletricidade e  teoria das soluções diluídas.

Ao mesmo tempo, também os problemas da radiação envolveram sua atenção. A partir desses estudos, foi levado para o problema da distribuição de energia no espectro de radiação total. Levando em conta as teorias clássicas, a Energia emitida por um corpo que não reflete luz (objeto teórico conhecido como Corpo Negro) deveria variar na mesma proporção da temperatura.  Na prática, não era isso que acontecia. Planck foi capaz de deduzir a relação entre a energia e a frequência da radiação. Em um artigo publicado em 1900, ele anunciou essa relação:

E=h.f

Onde E é energia, f é frequência e h é uma constante universal, hoje conhecida como Constante de Planck.  Esta constante foi baseada na ideia revolucionária de que a energia emitida por um corpo negro só poderia assumir valores discretos conhecidos como quanta (palavra vinda do latim). Um quantum seria um pacote de energia emitido e quanta é plural de quantum.

Essa descoberta foi determinante para a física atômica, pois fundamentou o modelo atômico de Niels Bohr (1913) e abriu caminho para a teoria de Einstein que explica o efeito fotoelétrico. A introdução do conceito de descontinuidade contrariou o princípio do filósofo alemão Wilhelm Leibniz, "Natura non facit saltus" (a natureza não dá saltos), que dominava todos os ramos da ciência na época, tornando-se a teoria quântica, na grande revolução que levou à Física Moderna do século XX. Foi o ponto de partida de uma nova lógica nas várias pesquisas sobre a estrutura do átomo, radiatividade e ondulatória e rendeu a Max Planck o Prêmio Nobel de Física de 1918.

Planck enfrentou um período conturbado e trágico de sua vida durante o governo nazista na Alemanha, quando sentiu que era seu dever permanecer em seu país, mas era abertamente contrário a algumas das políticas do Governo, principalmente quanto à perseguição dos judeus. Nas últimas semanas da guerra sofreu grandes dificuldades após a sua casa ter sido destruída por um bombardeio.

Era venerado pelos seus colegas, não só pela importância de suas descobertas, mas também por suas qualidades pessoais. Foi um pianista talentoso, daí ter cogitado seguir carreira como músico durante a juventude.

Planck foi casado duas vezes. Após a sua nomeação, em 1885, para Professor Associado em sua cidade natal Kiel casou-se com uma amiga de infância, Marie Merck.

 

JAMES CLERK MAXWELL

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Maxwell é geralmente lembrado como o cientista do século 19 a ter mais influência sobre a física do século 20. Responsável por contribuições básicas nos modelos naturais, sempre foi considerado uma ponte entre a matemática e a física. Poucos anos após a morte de James Clerk Maxwell seus trabalhos científicos foram aceitos mundialmente a partir de suas explorações sobre eletromagnetismo.

Em 1931, comemorando o centenário do nascimento de Maxwell, descrevendo seu trabalho Albert Einstein disse "o mais profundo e frutífero que a física descobriu desde Newton".

James Clerk Maxwell nasceu em Edimburgo em 13 de junho de 1831 e faleceu em Cambridge em 5 de novembro de 1879. Foi um físico e matemático britânico. É mais conhecido por ter dado forma final à teoria moderna do etromagnetismo, que une a eletricidade, o magnetismo e a óptica.  Esta é a teoria que surge das equações de Maxwell, assim chamadas em sua honra e porque foi o primeiro a escrevê-las juntando a lei de Ampère,  modificada por Maxwell, a lei de Gauss, e a lei da indução de Faraday.  Maxwell demonstrou que os campos eléctricos e magnéticos se propagam com a velocidade da luz.  Ele apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito electromagnético, isto é, que a luz corresponde à propagação de ondas eléctricas e magnéticas, hipótese que tinha sido posta por Faraday. Foi demonstrado em 1864 que as forças elétricas e magnéticas tem a mesma natureza: uma força elétrica em determinado referencial pode tornar-se magnética se analisada noutro, e vice-versa. Ele também desenvolveu um trabalho importante em mecânica estatística, estudou a teoria cinética dos gases e descobriu a distribuição de Maxwell-Boltzmann.  Seu trabalho em eletromagnetismo foi a base da relatividade restrita de Einstein e o seu trabalho em teoria cinética de gases fundamental ao desenvolvimento posterior da  mecânica quântica.

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