Evolução do Conhecimento da Matéria

O conhecimento em física se constitui em sondagens de aspectos quantitativos da matéria e do movimento e de sua inserção em esquemas racionais que os articulem em teorias simples e unificantes. Seu desenvolvimento histórico se manifesta, portanto, na história das transformações por que passaram os instrumentos de sondagem e das grandes idéias gerais que orientaram a teorização. Duas grandes idéias presidiram o pensamento científico na física por muitos séculos: o mecanicismo e a concepção atomística da matéria.

Mecanicismo

O pensamento mecanicista consiste essencialmente em reduzir todos os fenômenos da física, e mesmo da natureza, a sistemas de forças que atuam entre corpos materiais. Nessas condições, os aspectos mais definitivos de qualquer fenômeno estariam, em última instância, subordinados às leis da mecânica.

Suas origens são encontradas nas concepções de Copérnico, que propôs em De revolutionibus orbium coelestium (1543; Sobre a revolução dos orbes celestes) uma reformulação das concepções vigentes sobre o sistema solar, particularmente no que diz respeito às posições relativas da Terra e do Sol, e nos trabalhos de Johannes Kepler, que realçaram a importância de um esquema matemático adequado para a descrição das propriedades dos corpos celestes em movimento.

Com suas idéias sobre a gravitação, Descartes deu forma mais nítida ao pensamento mecanicista, mas o ponto alto só foi atingido mais tarde, com Isaac Newton. Nos célebres Philosophiae naturalis principia mathematica (1686; Princípios matemáticos da filosofia natural), Newton deu forma clara a essa tendência, defendendo a tese de que todos os fenômenos da natureza poderiam vir a ser enquadrados em esquemas puramente mecânicos. O sucesso de sua teoria da gravitação e muitas outras realizações de grande mérito garantiram-lhe autoridade científica sem precedentes, a qual exerceu papel muito importante na difusão dessas idéias por parte de numerosas gerações de cientistas.

Durante algum tempo as aspirações mecanicistas adquiriram respaldo científico: várias descobertas sucessivas mostraram que interpretações sob essa orientação podiam ser aplicadas a outros fenômenos além daqueles ligados à gravitação. Por exemplo, cerca de um século após a publicação da obra de Newton, Charles-Augustin Coulomb verificou que a interação entre corpos eletrizados ou magnetizados seguia precisamente a mesma lei formal que a atração gravitacional, com a adição das repulsões ao lado das atrações.

Com essas descobertas configurou-se a perspectiva de que uma classe ainda mais extensa de fenômenos pudesse seguir as previsões do mecanicismo. De fato, os novos conhecimentos sobre luz e calor encaixavam-se também naquele esquema. A propagação retilínea da luz, a reflexão, a refração e a dispersão foram objetos de duas históricas interpretações, uma devida a Newton, outra a Christiaan Huygens. O caráter mecanicista da interpretação dada por Newton é óbvio, pois segundo ela todos os fenômenos citados resultam de forças que agem entre a matéria e os corpúsculos da luz. No caso de Huygens, o caráter mecanicista se revela na postulação da existência de um "éter" mecânico, portador da energia luminosa, semelhante aos meios materiais portadores da energia das ondas sonoras.

Após os trabalhos de Augustin-Jean Fresnel sobre a difração das ondas luminosas, apresentados em 1816, as idéias de Huygens passaram a prevalecer, mas a posição mecanicista saiu intocada. Instalou-se, a partir daí, acirrada discussão sobre as propriedades mecânicas do éter, que só terminou no começo do século XX.

Os fenômenos térmicos deram também contribuição importante para a edificação dos ideais mecanicistas. A associação entre movimento mecânico e calor é fato corriqueiro ao alcance da observação de qualquer pessoa. Em 1841, James Prescott Joule demonstrou experimentalmente que o calor não passa de uma manifestação da energia mecânica.

A teoria cinética do calor, desenvolvida por James Clerk Maxwell em 1866, interpretou os fenômenos térmicos segundo um modelo mecânico microscópico, dentro do qual variáveis termodinâmicas macroscópicas, como pressão e temperatura, resultam de oscilações ou de colisões entre átomos constituintes da matéria. Assim, esses fenômenos se reduziam às forças entre os corpúsculos materiais e, embora introduzissem um comportamento estatístico qualitativamente novo, se enquadravam nas teses mecanicistas.

O declínio do programa mecanicista começou a partir de 1820, com as descobertas de fenômenos magnéticos associados a correntes elétricas. As forças envolvidas apresentavam características muito distintas daquelas ligadas à atração gravitacional e à interação de cargas elétricas e pólos magnéticos. Demonstrou-se que elas dependiam não só da distância entre os corpos mas também de sua velocidade relativa, além de se manifestarem em direções outras que a linha reta entre as cargas em movimento.

Essas descobertas, embora revelassem forças de um caráter completamente novo, não invalidavam a essência da interpretação mecanicista, reformulada para requerer apenas forças e corpos, quaisquer que fossem suas particularidades, mas certamente introduziam um elemento de dúvida quanto à simplicidade da interpretação desses fenômenos. O reducionismo da posição mecanicista tem o atrativo da simplicidade e da unidade, e qualquer golpe nesses atributos é também um golpe na idéia inteira.

Passos importantes em direção ao desfecho final foram dados por Michael Faraday e Maxwell. O primeiro introduziu a idéia de campo de forças para interpretar as manifestações magnéticas de correntes elétricas, e o segundo formulou uma teoria, baseada na idéia de campo, que unificou todos os fenômenos elétricos e magnéticos até então conhecidos e ensejou a previsão de fenômenos novos.

A mais notável das previsões de Maxwell foi a da existência de ondas eletromagnéticas, previsão que veio a ser confirmada em fins do século XIX, quando Heinrich Rudolph Hertz demonstrou que essas ondas se propagavam no espaço com velocidade igual à da luz. Além disso, as propriedades de propagação, reflexão, refração, interferência, dispersão e difração são atributos também dessas ondas. Ao ser demonstrado que todas as propriedades inerentes à luz se encontram também nas ondas eletromagnéticas, os dois conceitos passam a ser idênticos. Com isso, as ondas de Huygens deixam de ser oscilações mecânicas do éter para serem oscilações excitadas por forças elétricas e magnéticas.

Embora essa condição complicasse ainda mais as já estranhas propriedades do éter, de modo algum desmentia sua existência. O golpe final da idéia do éter se deu em conseqüência dos progressos nas concepções relativísticas, devidas principalmente a Albert Einstein, segundo as quais nenhuma ação entre corpos materiais se pode propagar com velocidade superior à da luz no vácuo. Em conseqüência desse resultado, torna-se necessário desvincular os campos e as partículas materiais que lhes servem de fontes, isto é, as forças dos corpos materiais que as geram. Esse foi um duro golpe contra as pretensões mecanicistas. Em seguida, experiências de medida da velocidade da luz em condições apropriadas demonstraram que o éter nem é arrastado pelos corpos que nele se movem, nem permanece em repouso, sendo, portanto, uma ficção mecânica. A derrubada da teoria do éter pela experiência mostrou que pelo menos os fenômenos luminosos não estão sujeitos à interpretação mecanicista.

A luz é constituída de campos elétricos e magnéticos oscilantes que têm existência real tanto quanto as partículas de matéria com as quais interagem. Os campos incorporam todos os atributos elétricos e magnéticos associados ao movimento das cargas que lhes dão origem e produzem efeitos de maneira autônoma, isto é, desvinculada daqueles movimentos. A energia das ondas luminosas está nos campos que a transportam de um ponto a outro, sem a interveniência de qualquer meio material intermediário.

Veja também:
Concepção Atomística da Matéria
Física no Brasil
Metodologia e Campos de Estudo
Organização Social da Física

     
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