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de broglieNo início deste século, os físicos verificaram que certos fenômenos ópticos não podiam ser explicados apenas pelas leis da óptica clássica. No mundo das moléculas e átomos, as velocidades são enormes e as distâncias muito pequenas. Era de se esperar, portanto, que as equações clássicas não tivessem mais aplicação nesse setor. Seria como se alguém tentasse explicar o comportamento de uma pulga, baseado na observação de um elefante.

Por isso, as primeiras teorias atômicas, desenvolvidas por Joseph J. Thomson e Ernest Rutherford, não tiveram o sucesso esperado, embora seus trabalhos pioneiros tenham possibilitado o desenvolvimento de teorias mais elaboradas.

As teorias de Niels Bohr, embora usassem pela primeira vez os conceitos quânticos de Planck, ainda não conseguiam explicar determinados fenômenos ópticos (emissão e absorção da luz pela matéria). Estes só viriam a ser razoavelmente compreendidos após o aparecimento da mecânica ondulatória, criada por Luís V. de Broglie e transformada posteriormente na atual mecânica quântica, por físicos como Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger.

A rápida e brilhante carreira de Luís Víctor de Broglie está repleta de episódios originais e interessantes.

Nasceu em Dieppe, em 1892, vindo a ser o sétimo e último membro de uma família cujos primeiros filhos tinham pelo menos vinte anos mais que ele. Embora numerosa, sua família nunca teve dificuldades financeiras. Seus pais eram descendentes de ricos e nobres italianos de Piemonte, radicados na França desde 1640.

Luís foi uma criança viva e sociável, conservando-se assim até os vinte anos de idade, quando, após sofrer uma crise psicológica, tornar-se-ia uma pessoa austera e introvertida.

Seus primeiros estudos concentraram-se em História antiga, já que ele pretendia tornar-se um paleógrafo. Este ramo do conhecimento, entretanto, não parecia ser sua maior vocação. Os métodos de raciocínio usados em paleografia não o satisfaziam. Ele apenas estava evitando a carreira militar ou diplomática, ao mesmo tempo em que seguia suas tendências ao estudo metódico. Ainda como manobra evasiva, Luís dedicava também algumas horas diárias a manipulações experimentais, no laboratório de física de seu irmão Maurice. Este fato teve influência decisiva em sua formação científica.

Maurice incentivou-o a ler os trabalhos de Henri Poincaré, que tratavam da aplicação da análise matemática aos problemas da astronomia e a certos fenômenos físicos do mundo macroscópico. Seu entusiasmo foi tão grande que se decidiu imediatamente pela carreira de físico, largando seus estudos de história.

Em 1911, Maurice era secretário do 1º congresso Solvay, que contou com a presença dos maiores especialistas em física de todo o mundo. Aproveitando-se de certas regalias que o cargo de secretário lhe proporcionava, Maurice introduziu Luís no ambiente do congresso. Assim, ele teve a rara oportunidade de ler as cópias recém-impressas dos últimos trabalhos e estudos de Max Planck e Albert Einstein; tomou, então, conhecimento das primeiras teorias quânticas e relativísticas.

Êstes trabalhos iniciais demonstravam a insuficiência das teorias clássicas para a explicação de novos fenômenos descobertos e a necessidade de introduzir o conceito de “quantum” de luz.

Segundo Planck, qualquer radiação eletromagnética se propagaria em “pacotes” e não de maneira contínua. O fluxo de energia destas ondas seria também “quantizado” e cada “quantum” de energia seria proporcional à freqüência. A constante de proporcionalidade, representada pelo símbolo h, chamar-se-ia posteriormente de constante de Planck.

Luís de Broglie, bastante estimulado por estes novos conceitos, procurou avidamente uma base racional para essa nova maneira de estudar a luz.

Einstein, por sua vez, demonstrava a necessidade do retorno a algo como a teoria corpuscular da luz, pois não conseguia explicar por que uma parte dos fenômenos ópticos exigia uma interpretação ondulatória enquanto outros, cada vez mais importantes, admitiam uma analogia com as interações entre partículas.

De Broglie interessou-se por tais assuntos, mas suas pesquisas foram interrompidas durante vários anos, devido à Primeira Guerra Mundial: ele foi engajado e passou a trabalhar no serviço de radiotelegrafia do exército francês. Durante esse tempo, De Broglie pôde continuar com seus estudos sobre o eletromagnetismo, embora de maneira bastante restrita: limitava-se à procura de aplicações práticas – essencialmente militares dos fenômenos eletromagnéticos.

Os seis anos de guerra passaram e Luís de Broglíe foi devolvido à vida civil e a seus estudos.

Entretanto, o conhecimento das ondas eletromagnéticas fora bastante ampliado pelos trabalhos de outros cientistas, particularmente na área das radiações altamente penetrantes (raios X e radiação gama), que são as mais ligadas aos fenômenos atômicos.

O jovem De Broglie teve, então, a oportunidade de usar o laboratório de seu irmão Maurice, onde as interações atômicas eram abordadas do ponto de vista experimental. Seu “estágio” nesse laboratório foi extremamente proveitoso, pois conseguiu familiarizar-se com as dificuldades e métodos da experiência, podendo, desta maneira, construir seus estudos teóricos sobre uma sólida base de conhecimentos práticos. Nestas condições, conseguiu amadurecer as idéias revolucionárias que seriam expostas em sua tese de doutoramento, em 1924.

Tais idéias eram tão diversas do raciocínio habitual que foram consideradas com um certo ceticismo pela banca examinadora. A atitude inicial da banca transformou-se porém em viva admiração, após a brilhante defesa de tese do autor; nela ele lançava os princípios teóricos que viriam a constituir a base da mecânica ondulatória.

Embora sua tese tenha sido aprovada com louvor, foi considerada, durante algum tempo, apenas uma curiosidade científica – faltava-lhe uma confirmação experimental. A mecânica ondulatória seria desenvolvida, posteriormente, por Heisenberg e Schrödinger, respondendo este último pela construção da estrutura matemática que suportaria a nova ciência.

equação de brogliePara formular sua teoria, De Broglie tinha raciocinado por analogia. Segundo ele, a natureza havia demonstrado ser essencialmente simétrica. Existiam as cargas positivas e as negativas, o frio e o calor, etc. Além disso, o universo observável é composto inteiramente de matéria e energia (luz, raios cósmicos, etc.). Se a luz tem um comportamento ao mesmo tempo de onda e de partícula, talvez o mesmo acontecesse com a matéria.

De Broglie chegou a prever qual seria o comprimento de onda de uma radiação associada a um elétron.

Sua teoria associava a qualquer projétil (partícula) um comprimento de onda dado pela expressão lambda = h / mv,onde aparece a constante de Planck (h), a massa da partícula (m) e sua velocidade escalar (v).

Este comprimento de onda (lambda), permite prever o deslocamento do “projétil”, da mesma forma que os comprimentos das ondas ópticas permitem prever a evolução dos raios luminosos.

Ainda segundo sua teoria, um feixe de partículas sofreria difração, do mesmo modo que um feixe de luz estreito.

No caso dos elétrons, sua fórmula previa um comprimento de onda comparável ao dos raios X. Estes sofrem um fenômeno de difração ao atravessarem a rede cristalina de um material de prova. Restava, apenas, provar que os elétrons se comportam do mesmo modo.

A prova experimental da teoria ondulatória da matéria seria feita quatro anos após a publicação de sua tese de doutoramento. Os autores da experiência decisiva foram os físicos americanos Clinton J.Davisson e Lester H. Germer.

Nesta experiência, eles dirigiram um feixe de elétrons sobre um cristal de níquel e observaram que, em vez de uma difusão geral (prevista pela teoria clássica), apareciam certas concentrações de elétrons, “difratados” em direções específicas pelos planos do cristal. Além disso, estas direções variavam com a velocidade dos elétrons incidentes, conforme previa a teoria fundamental de Luís de Broglie.

(Figura de difração de um cristal)

Esta verificação experimental marcou a aceitação oficial da mecânica ondulatória no mundo científico.

Tão logo foram confirmados os resultados experimentais de Davisson e Germer, foi concedido a Luís de Broglie o prêmio Nobel de física, em 1929.

Seu nome estava definitivamente imortalizado, após uma rápida carreira de apenas dezoito anos de estudos. Aos 37 anos de idade, tornava-se um dos mais jovens membros da galeria dos prêmios Nobel.

Luís de Broglie foi nomeado titular da cadeira de física teórica da Sorbonne, onde se dedicou ao desenvolvimento da nova teoria. Nessa época, escreveu obras notáveis: Matière et Lumière, Continu et Discontinu dans la Physique Moderne, Physique et Microphysique.

Sua teoria permitiu a criação de uma nova técnica de estudo dos nêutrons, mediante sua difração em cristais.

Além disso, a possibilidade de considerar os elétrons como ondas estimulou a imaginação de outros cientistas, que acabaram desenvolvendo o microscópio eletrônico, no qual feixes de elétrons substituem os raios de luz.

Luís de Broglie possuía uma personalidade marcante, que se refletia no vigor de seus trabalhos e na maneira como encarava a ciência. Em uma frase sua, que ficou famosa, dizia: “É possível que certos fenômenos físicos nos escapem totalmente, talvez pela falta de meios apropriados de detecção. Todavia, se forem conhecidos, poderão fundar novos ramos da física, que parecerão tão estranhos, como por exemplo a física nuclear para um cientista do século passado. Pode-se afirmar, sem muito erro, que em física, como em todas as outras ciências, o que conhecemos é muito pouco, comparado ao que ignoramos”.

Fonte: Sala de Física do Geocites.