Tópicos em História da Física
Escola de Atenas

Tópicos em História da Física - Resumos


Aqui serão disponibilizados os resumos de todos os seminários de 2023.1 e o link para as respectivas apresentações à medida que acontecerem.

Playlist com todos o seminários

Seminários

Seminário 1

Resumo:

Neste seminário, pretende-se discutir como foi construído o importante conceito de Spin. Será feita, de início, uma abordagem histórica do famoso experimento de Stern e Gerlach (1922). A partir daí, uma série de episódios no período de transição que se convencionou chamar de Velha de Teoria Quântica será considerada: a construção do modelo de camadas, a análise dos espectros atômicos que levou ao aprimoramento da Tabela Periódica dos Elementos, o estabelecimento do Princípio de Exclusão de Pauli (1925) e, finalmente, proposta disruptiva do spin do elétron feita por Uhlenbech e Goudsmit (1926).


Seminário 2

Resumo:

Ao longo dos últimos 50 anos tive a oportunidade de reunir uma coleção significativa de centenas de documentos originais adquiridos em todo o mundo: cartas, manuscritos, fotografias e papéis diversos de nomes fundamentais da história da Física, de Isaac Newton a Stephen Hawking. Nesse seminário, tentarei apresentar uma pequena seleção desses documentos, privilegiando aqueles que me parecem ter tido um significado importante na comunicação das pesquisas e descobertas de grandes físicos mas que também revelam, em trocas por escrito, o contato profissional e pessoal entre alguns dos maiores nomes da ciência moderna.


Seminário 3

Resumo:

A história da ciência é, na esmagadora maioria das vezes, centrada em biografias ou em teorias. Nesse seminário, defenderemos que, por vezes, é enriquecedor eleger como protagonista um conceito e ver como ele foi assimilado por diferentes teorias. Da perspectiva de ensino de física, isso fornece um caminho para estabelecer pontes e contrastes entre diferentes teorias e abordagens, algo difícil de ser construído no ensino compartimentado como estamos acostumados. Nesse seminário elegemos como nosso guia para um passeio pela história da física o calor específico, que mede como um corpo responde a uma certa quantidade de calor que lhe é fornecida. Veremos como estudos sobre o calor específico foram vitais na construção e validação de diversas teorias. A partir dessa propriedade dos materiais, surgiu no século XIX a termodinâmica como a entendemos hoje, passando pela hipótese atomista e culminando no final deste século em "paradoxos" que inquietaram físicos do quilate de Maxwell, Boltzmann e Kelvin, e que só puderam ser compreendidos à luz da teoria quântica. Já no século XX, pesquisas sobre o calor específico estiveram na base de esforços que levariam ao primeiro modelo de uma teoria quântica dos sólidos, ao conceito de quasi-partículas e à aplicação dos conceitos de partículas idênticas quânticas em sólidos e gases.


Seminário 4

Resumo:

Descrevemos o surgimento da Teoria Quântica de Campos no Brasil a partir do relato das contribuições de cinco de seus mais renomados praticantes: Gleb Wataghin; Mário Schönberg, José Leite Lopes, Jayme Tiomno e Jorge André Swieca. Graças ao trabalho desses fundadores, essa área de pesquisa estabeleceu-se definitivamente no País, teve impacto no desenvolvimento de outras áreas da física brasileira e atraiu muitos jovens talentosos que construíram carreiras de sucesso, internacionalmente reconhecidas.


Seminário 5

Resumo:

Ao longo de sua vida, Albert Einstein publicou trabalhos e construiu teorias que impactaram profundamente a ciência do século XX. Em 1905 publicou cinco artigos marcantes: dois deles analisaram a realidade física de átomos e moléculas. Dos três artigos restantes, um deles continha a ideia que considerou a mais revolucionária de sua vida: a luz apresenta uma natureza granular. Os dois últimos dariam origem à teoria da Relatividade Especial, que abalaria o caráter absoluto atribuído, durante séculos, ao tempo e ao espaço. Nos anos seguintes, Einstein produziu outros artigos que continuaram a influenciar enormemente a física moderna. Nos anos 1915/16 formulou a Teoria da Relatividade Geral, que possibilitou uma nova visão sobre a gravitação e a estrutura do Universo. Em 1916 e 1917 produziu importantes resultados sobre o comportamento quântico da luz, e que levariam, décadas mais tarde, ao laser. Nos anos 1930 desenvolveu trabalhos importantes sobre as ondas gravitacionais, os "buracos de minhoca" e imaginou experimentos cruciais para testar o comportamento quântico da natureza. O contexto no qual Einstein estava inserido é essencial para que se entenda a sua obra e o impacto dela decorrente. Ele viveu, refletiu e produziu em uma arena onde convergiam diversos fatores: a) os resultados experimentais intrigantes do final do século XIX e início do século XX; b) sua visão filosófica, fortemente realista, e crítica em relação às noções clássicas sobre o tempo e o espaço; c) o desenvolvimento acelerado da física quântica, por um conjunto de cientistas brilhantes que abalou, nas primeiras três décadas do século XX, as noções de continuidade e determinismo provenientes do século anterior. Essa interseção de fatores constituiu um elemento crucial nas suas reflexões e na construção de suas teorias e de tentativas mais amplas de unificação da física.


Seminário 6

Resumo:

Celebramos este ano o centenário do experimento de Arthur Compton, que conferiu aos quanta de energia de Planck, Einstein e Bohr o status de genuína partícula elementar. A Mecânica Quântica que se instaura com os trabalhos de Heisenberg e Dirac, em 1925, está diante das três primeiras partículas subatômicas conhecidas à época: o elétron, o próton e o nascente fóton. A proposta desta contribuição é, a partir desta conjuntura, descrever como o fóton foi-se incorporando aos avanços da Mecânica Quântica, da Teoria Quântica de Campos e, finalmente, como o fóton é compreendido nas transições de fase primordiais no âmbito do Modelo-Padrão das Interações Fundamentais e Partículas Elementares (MP). Chamaremos atenção para o espalhamento fóton-fóton, previsto em 1933 -- o chamado espalhamento de Delbrûck -- e medido diretamente em 2017, na Colaboração ATLAS do LHC, e o processo Breit-Wheeler, previsto em 1934 e ainda não detectado.

Propõe-se também localizar o fóton nos recentes modelos que investigam nova física além do MP, apresentando limites recentes para a massa do fóton e o que poderíamos chamar de "fótons pós-modernos": parafótons, "dark photons", fótons duais e fotinos. Finalmente, será apresentado o Efeito Primakoff, no qual o fóton, em presença de um campo magnético externo, pode assumir o disfarce de áxion e atravessar regiões que a ele, fóton, seriam proibidas; atravessando-as, "tira a fantasia de áxion".
Em conclusão, que outros desafios/disfarces o centenário fóton ainda nos reserva com a disponibilização dos Peta- e Exa-LASERs?


Seminário 7

Resumo:

Uma das descobertas científicas mais importantes da humanidade foi a da expansão do Universo, ocorrida nas primeiras décadas do século passado. Apresentaremos uma breve história dessa descoberta. Falaremos, principalmente, sobre os trabalhos de Slipher, Einstein, de Sitter, Friedmann, Lemaître e Hubble. Ênfase será dada à necessária distinção entre as relações ''redshift" x distância e velocidade de recessão x distância. Discutiremos questões como: (i) pode uma galáxia se expandir com uma velocidade maior que a da luz? (ii) podemos observar galáxias além do chamado raio de Hubble?


Seminário 8

Resumo:

Neste seminário, analiso a trajetória do físico ítalo-ucraniano Gleb Wataghin, em sua passagem pelo departamento de física da Universidade de São Paulo (USP), fundado em 1934, mesmo ano de criação da Universidade. O foco está dirigido para as suas atividades como pesquisador, professor, orientador e líder de laboratório, tomando como base para esta descrição os seus trabalhos publicados, a sua relação com estudantes, os programas de pesquisa que fazia parte na Europa e o que implementou ao chegar no Brasil. Ao descreve a carreira de Wataghin pelo planalto paulistano entre os anos de 1934 e 1949, considero igualmente a rede de colaboradores que formou.


Seminário 9

Resumo:

Discutiremos a evolução do conceito de velocidade desde a Grécia Antiga até a definição de velocidade instantânea, introduzida pelos filósofos mertonianos e desenvolvida por Galileu antes mesmo da invenção do cálculo diferencial. Veremos também como essa evolução tem implicações interessantes para o ensino de física.


Seminário 10

Resumo:

Em 1668 uma expedição dinamarquesa à Islândia fez chegar a Erasmus Bartholin, professor da Universidade de Copenhague, amostras de um cristal (espato da Islândia) com propriedades ópticas inusitadas (birrefringência). Bartholin dedicou-se a fazer uma série de experimentos com o novo material, publicando no ano seguinte um relato detalhado de seus achados, e inaugurando uma longa e profícua história da influência deste pequeno objeto na Óptica por mais de duzentos anos.


Seminário 11

Resumo:

O conceito epistêmico de entropia (medida de informação) foi proposto por Leo Szilard (1929) em base a argumentos de plausibilidade, não sendo um teorema, além de envolver a operação de máquinas e seres (o Demônio de Maxwell) imaginários. Nessa palestra, um teorema de Charles Bennett — que demonstra que um computador de 3 fitas é reversível — é reconhecido como o tão sonhado teorema. Proponho uma máquina real, não térmica, operada por uma ou um Homo Sapiens Sapiens. Essa máquina possibilita provar o seguinte: (1) A operação da máquina é regida por duas leis, idênticas mutatis mutandis às duas leis da Termodinâmica, significando que essas também regem “máquinas em geral”; essas leis foram interpretadas, por Sadi Carnot (1824) e Rudolf Clausius (1850-1854), no caso da máquina térmica, como condições de possibilidade de “ressetar” a máquina. (2) Sua operação tem estágios análogos aos estágios da operação do computador de 3 fitas, o que permite demonstrar que ‘entropia´ é a medida da informação apagada e não da “informação adquirida”, como inicialmente proposto por Szilard. (3) Embora sendo um conceito epistêmico, ‘entropia´ é medida em unidades físicas, como determina o Princípio de Landauer; no caso da máquina proposta, entropia é medida em unidades de volume. Um protótipo da máquina foi construído e vou mostrá-lo em operação.


Seminário 12

Resumo:

Em seu livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, de 1687, Isaac Newton propôs que a mecânica discutisse dois tipos de problema: (a) sabido o movimento de um corpo, descobrir quais as forças que atuaram sobre esse corpo; e (b) sabida as forças que atuam sobre um corpo, determinar os movimentos possíveis desse corpo. Esses dois problemas ficaram conhecidos, respectivamente, como “o problema direto da mecânica” e “o problema inverso da mecânica” – ainda que posteriormente, no século XX, essa nomenclatura viesse a ser invertida. Newton mostrou um resultado bastante surpreendente: para resolver o primeiro problema no caso de uma força central, basta conhecer a curva descrita pelo corpo e o local do centro de forças. Isto é, não é necessário especificar como o corpo percorreu aquela curva. Por exemplo, no caso de uma trajetória elíptica com o centro de forças no foco da elipse, a força tem intensidade inversamente proporcional ao quadrado da distância entre o corpo e o centro de forças. Por conta desse resultado, o primeiro problema ficou conhecido como “o problema da determinação geométrica da força”. Hoje em dia, nos livros de Mecânica Clássica, este problema é abordado por meio da chamada equação de Binet, a qual permite resolver de uma só vez os dois problemas propostos por Newton. Nesta apresentação, discutiremos o problema da determinação geométrica da força segundo diversos autores, incluindo Isaac Newton (1643-1727), Jakob Hermann (1678-1733), Johann Bernoulli (1667-1748) e Jacques Binet (1786-1856). Mostraremos as abordagens desses autores ao problema e discutiremos em que casos elas são equivalentes.


Seminário 13

Resumo:

Este seminário pretende apresentar uma breve História da Astronomia no período compreendido entre meados do século XIX e meados do século XX, com ênfase no caso do Brasil. Seu objetivo, contudo, é refletir sobre algumas práticas envolvidas na produção (e circulação) do conhecimento astronômico no período em questão, a partir de uma visão crítica da historiografia, e tomando como base o contexto social do Brasil. Bibliografia: 1) GAVROGLU, Kostas. O Passado das Ciências como História. Porto: Porto Editora, 2007. 2) DANTES, Maria Amélia. Recordações sobre o processo de constituição da História das Ciências no Brasil. Revista Maracanan, n. 13, p. 158-163, 2015. 3) HEIZER, Alda, VIDEIRA, Antonio Augusto Passos (orgs.) Ciência, Civilização e Império nos Trópicos. Rio de Janeiro: Access, 2001. 4) BARBOZA, Christina Helena. O eclipse em Sobral e os desafios da Astronomia no Brasil em 1919. Boletim da Sociedade Brasileira de História da Ciência, n. 21, jun 2019.


Seminário 14

Resumo:

Após uma breve discussão sobre vácuo clássico versus vácuo quântico, na qual mencionamos alguns fenômenos cujas explicações se baseiam nas flutuações quânticas do vácuo, como a adesão de lagartixas nas paredes, a emissão de luz por vagalumes e peixes abissais, ou a radiação emitida por corpos neutros em movimento, introduzimos o conceito de energia de ponto zero (EPZ) e contamos a sua história. A EPZ foi introduzida por Max Planck em 1911/12, mais de uma década antes de sua aparição na mecânica quântica. Desde então, a EPZ chamou a atenção de físicos renomados, como Einstein, Heisenberg, Jordan, Pauli, Welton, Casimir, Zeldovich, Feynman, Power, Weinberg, entre outros, e tem sido tema de discussão até os nossos dias. Introduzimos o conceito de força dispersiva e descrevemos o método semi-clássico dos "dipolos flutuantes” para se calcular tais forças no regime de curtas distâncias, no qual os efeitos do retardamento da interação eletromagnética são desprezíveis (forças de London-van der Waals). Introduzimos o efeito Casimir, nome dado em homenagem ao físico e humanista holandês H. B. G. Casimir, e que consiste, basicamente, na atração entre duas placas condutoras neutras, paralelas entre si e colocadas no vácuo. Mostramos como esse efeito teve origem nos experimentos com suspensões coloidais realizados nos laboratórios da Phillips, na Holanda, na década de 40. Tais resultados experimentais estavam em desacordo com as teorias baseadas nas forças de London-van der Waals. Para compatibilizarem os resultados experimentais com as previsões teóricas, Casimir e Polder, após um extenso cálculo perturbativo de 4a ordem em Eletrodinâmica Quântica, calcularam a influência do retardamento em tais forças no final dos anos 40. Veremos, então, como uma simples sugestão de Niels Bohr fez com que Casimir criasse um novo método de cálculo de forças dispersivas (com retardamento) baseado na EPZ do campo eletromagnético, reproduzindo seu resultado com Polder de forma muito mais simples. Em seguida, aplicou o método da EPZ às placas condutoras já mencionadas e previu a atração entre elas, estabelecendo assim uma conexão estreita entre esse efeito e a EPZ.


Seminário 15

Resumo:

Neste seminário, destacaremos pontos-chave da evolução histórica do conceito de "buraco negro", desde a noção pré-relativística de estrelas negras, passando pela sua descoberta no contexto da relatividade geral e a rejeição inicial da comunidade científica, e culminando nos desenvolvimentos teóricos e observacionais da segunda metade do século XX que posicionaram esses objetos exóticos como protagonistas de uma variedade de fenômenos astrofísicos.