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A física no final do século XIX estava baseada na mecânica de Sir Isaac Newton e no eletromagnetismo de James Maxwell. Ambas as teorias apresentavam inúmeras provas experimentais e possuíam elegantes formulações.

O fenômeno do calor e, por extensão, a termodinâmica, eram considerados uma extensão da mecânica. Em 1845, James Prescott Joule havia demonstrado isto com as suas experiências de equivalência mecânica do calor. Mas quando se aquece em demasia uma barra de ferro, ela começa a emitir luz, um fenômeno eletromagnético. Pela cor que a barra emite, é possível determinar a sua temperatura.

A formulação na época que relacionava a cor (ou sua frequência eletromagnética) e a temperatura era falha: para valores de temperatura altas, o resultado seria uma emissão infinita de energia, o que obviamente não ocorre. Caso contrário, estaríamos todos mortos por radiação diante de uma lareira, por exemplo. Esta previsão, este modelo que funcionava para baixas temperaturas e baixas frequencias foi desenvolvida por Rayleigh e Jeans e sua expressão matemática se encontra abaixo:

fórmula de Rayleigh-Jeans

Note que, se o valor da temperatura T aumentar, a densidade de energia aumentará em demasia e isto não está de acordo com o que se observa. Assim, havia algo de estranho.

Nascido em 1858 na cidade de Kiel, Max Planck era um físico alemão brilhante. Aos 21 anos, obteve seu doutorado na Universidade de Munique com o tema “Sobre a Segunda Lei da Teoria Mecânica do Calor”.

Retrato de Max Planck

Doktor Planck se interessou pelo problema da radiação do corpo negro, como é chamado este fenômeno de emissão (e absorção) de radiação pela matéria.

Em 1900, na revista científica  “Annalen Der Physik”, surgiu o artigo de Planck intitulado Zur Theorie der Gesetzes der Energieverteilung im Normal-Spektrum (Sobre a Teoria da Lei de Distribuição de Energia no Espectro Contínuo) e também uma nova constante física, denotada por h:

h = 6.626068 × 10^-34 m² kg / s

O que significa este valor? Hoje ela é denominada constante de Planck. Quem conhece a história da física sabe o quanto Doktor Planck relutou em lançar este artigo e esta constante. Mas foi equivalente à idéia de Copérnico em retirar a Terra do centro das órbitas planetárias e colocar o sol. Revolucionário.

Nos próximos posts comentaremos as deduções de Planck e a sua formulação para o problema.

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Ernesto Sábato, escritor e físico argentino, comentou em um livro seu que, quando a  mecânica quântica é explicada de forma rigorosa, ela se apresenta obscura e, quando se mostra compreensível a todos, então a explicação deve ser falsa.

Lembro-me desta afirmação quando vejo reportagens ou comentários de livros de auto-ajuda que usam a teoria quântica para justificarem suas idéias. Há uma confusão de conceitos e interpretações nestas obras difíceis de desvencilhar.

O item da mecânica quântica que fascina muitos é o Princípio da Incerteza ou Princípio da Indeterminação de Heisenberg. Como já mencionou Rebecca Goldstein em seu livro “Incompletude”, o século XX viu surgirem teorias com nomes que, para um leigo, sugerem uma certa imprecisão: relatividade de Einstein, incompletude de Gödel, incerteza de Heisenberg. Contudo, são teorias bastante formais, cuja compreensão correta só ocorre mediante expressões matemáticas e em conjunto com a experiência, no caso da física.

A teoria quântica se refere ao grande problema que até hoje continua em questão que é   entender do que é feita a matéria. No século XIX, havia hipóteses sobre a existência de átomos e sua constituição, mas os experimentos não confirmavam os trabalhos teóricos da época. Estes trabalhos tinham como bases a mecânica newtoniana e o eletromagnetismo de Maxwell, teorias bastante poderosas, mas estavam em seus limites, como percebeu-se anos depois.

Oficialmente, a mecânica quântica surgiu com o artigo do Dr. Max Planck na publicação científica Annalen Der Physik a respeito da relação entre radiação emitida por um certo material e a sua temperatura em 1900:  Zur Theorie der Gesetzes der Energieverteilung im Normal-Spektrum (Sobre a Teoria da Lei de Distribuição de Energia no Espectro Contínuo, em uma tradução literal).

No próximo post será comentado este trabalho do Planck, seus sentimentos a respeito do que escreveu e um pouco da sua vida.