Caetano Veloso, na música Livros do
seu CD Livro, se expressa nestes belos versos:
Tropeçavas nos astros desastrada
Quase não tínhamos livros em casa
E a cidade não tinha livraria
Mas os livros que em nossa vida entraram
São como a radiação do corpo negro
Apontando pra a expansão do Universo
Porque a frase, o conceito, o enredo, o verso
(E, sem dúvida, sobretudo o verso)
É o que pode lançar mundos no mundo.
Caetano está bem assessorado sobre o conteúdo de seus versos: além
de músico, seu filho Moreno estudou Física na UFRJ. Mas o que significa a
radiação do corpo negro e como ela se relaciona com a expansão do Universo?
Um corpo aquecido emite radiação eletromagnética em um largo
espectro contínuo de comprimentos de onda, principalmente na região do infravermelho
(o que pode nos dar a sensação de calor), mas com intensidade variável que
atinge um máximo em um determinado comprimento de onda. É bem conhecido, por
exemplo, que um metal a 600 °C, (por exemplo, em um forno elétrico) apresenta
uma fraca coloração avermelhada enquanto o mesmo material (por exemplo, em uma
siderúrgica) apresenta uma cor azulada a temperaturas bem mais altas. O Sol,
cuja temperatura na superfície é de cerca de 6.000 °C, é o exemplo mais
familiar de emissão de radiação térmica, cujo espectro abrange toda a região
visível incluindo a de comprimentos de onda maiores (infravermelho) e menores
(ultravioleta).
Um dos grandes problemas ao final do século XIX consistia em
determinar teoricamente a intensidade da energia de radiação emitida por um
corpo negro. Max Planck (1858-1957) resolveu este problema e através dele
provocou uma revolução na ciência e a busca de uma base conceitual para toda a
física. Ele apresentou a sua teoria na sessão da Sociedade Alemã de Física, em
14 de dezembro de 1900, data que hoje é reconhecida como a fundação da física
moderna.
De modo a reproduzir os resultados experimentais, Planck teve que
inventar um novo conceito: a quantização da energia. A energia de um sistema,
considerada até então uma grandeza física contínua no mundo microscópico da
matéria, deveria na verdade ser discreta. Esta noção de descontinuidade da
energia deu origem ao nascimento da teoria quântica, que tem sido fundamental
para a compreensão da matéria e da radiação.
Em dezembro de 2000, o mundo inteiro festejou o nascimento da
teoria quântica que foi completada com os trabalhos de Albert Einstein
(1879-1955) - que criou o quantum de luz para a radiação análogo ao quantum de
energia de Planck para a matéria.
Uma das verificações experimentais mais marcantes e precisas da
lei da radiação de Planck é a distribuição da energia térmica de fundo. O
Universo está repleto de uma radiação cósmica de fundo a uma temperatura de
2,73 K, que é a mais importante evidência da teoria do big
bang (segundo a qual o Universo foi criado por uma grande explosão)
apoiada na expansão e resfriamento do Universo Max Planck, o fundador da
mecânica com o tempo. Esta radiação é o mais antigo fóssil referente a um
período em que a matéria (prótons e elétrons) estava em equilíbrio térmico com
a radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda. Quando o Universo
se esfriou a T = 3000 K (a matéria já era constituída de hidrogênio
atômico), a interação com a radiação se dava apenas nos comprimentos de onda
das respectivas linhas espectrais2 do hidrogênio. Nesta época, a
maior parte da radiação se separou da matéria, esfriando-se, a entropia
constante, até a atual temperatura de 2,73 K.
A primeira evidência da radiação fóssil foi encontrada por Arno
Penzias (1933-) e Robert Wilson (1936-) em 1964. A distribuição espectral da
radiação de fundo, as microondas cósmicas, foi
obtida a partir dos anos 90 pela missão Cosmic Background Explore
(COBE). Os desvios da lei de Planck são mínimos (algumas partes
por milhão) e são devidos a flutuações primordiais que levaram ao aparecimento
das galáxias.
Texto baseado no artigo “A
Invenção do Conceito de Quantum de Energia segundo Planck” Revista Brasileira de
Ensino de Física v. 22, n. 4, p. 523,
2000, por Nelson Studart.
Física na Escola, v. 2, n. 1, 2001
Um foguete de sondagem
VS-30/Orion foi lançado com sucesso neste fim de semana, a partir do Centro de
Lançamento de Alcântara (CLA), no Maranhão.
.jpg)
