Rayleigh - Prémio Nobel da Física (1904)

Lord JOHN WILLIAM STRUTT RAYLEIGH (1842-1919) pela sua investigação sobre as densidades dos gases mais importantes e pela descoberta do argon no âmbito daquelas investigações.

John William Strutt herdou o título de terceiro barão de Rayleigh quando o seu pai morreu em 1873. Enquanto criança foi lento a mostrar os seus dotes. Era o mais velho de sete crianças e tinha quase três anos quando começou a falar. A infância e os primeiros tempos de Rayleigh em Eton e em Harrow foram frequentemente perturbados por problemas de saúde. Descendendo de uma longa linha de latifundiários, Rayleigh não foi educado numa família com preocupações de natureza científica e a sua atracção por este domínio foi inesperada.

Entretanto, na universidade de Cambridge, Rayleigh mostrou uma forte propensão para a matemática e grande vocação para a fotografia. Transformou-se no melhor aluno da sua classe sob a tutela de Edward Routh, um famoso matemático aplicado, que à data – 1866 – era investigador senior no Trinity College. Durante a sua licenciatura, Rayleigh foi fortemente influenciado e inspirado por George Stokes, que era professor de matemática. Após a licenciatura, Rayleigh casou com a irmã do futuro primeiro ministro, Arthur Balfour, e juntos tiveram três filhos, o mais velho dos quais viria a seguir a trajectória científica do seu pai tendo sido professor de Física no Imperial College of Science and Technology.

Logo após o seu casamento, Rayleigh teve um ataque de febre reumática que quase lhe custou a vida. Foi durante uma viagem de convalescença ao Egipto que começou o seu grande trabalho sobre a Teoria do Som. O primeiro volume foi publicado em 1877 e o segundo em 1878. A sua discussão sobre vibração, ressonância, e acústica, continua a estar entre as suas mais notáveis contribuições neste campo. Outra das suas contribuições iniciais foi a explicação matemática (teórica) do fenómeno da dispersão da luz que dá origem à coloração azul do céu. A lei Rayleigh de dispersão da luz surgiu a partir desta teoria e é desde então um marco fundamental no estudo da propagação das ondas.

A dispersão de Rayleigh é uma referência corrente nos curricula de Física hoje e provavelmente a razão porque o nome de Rayleigh permanece conhecido dos estudantes de física aos investigadores.

Entre 1879 e 1884 foi professor de Física Experimental na Universidade de Cambridge, transformando o laboratório de Cavendish num importante centro de investigação. Em 1884 Rayleigh concluiu uma importante contribuição no domínio da precisão das medidas eléctricas e estabeleceu o standard das três unidades eléctricas básicas: o ohm, o ampere, e o volt. A sua insistência na precisão estimulou também o projecto de instrumentos eléctricos mais precisos. Depois de sair de Cambridge, Rayleigh continuou a fazer investigação num elevado número de assuntos incluindo a propagação da luz e do som, a termodinâmica, o electromagnetismo, a óptica e a mecânica.

Em 1885, num trabalho designado On waves propagated along the plane surface of an elastic solid lançou as bases da actual teoria dos solitões, tão importante na sismologia, e que viria a ser redescoberta já nos nossos dias no processamento de sinais.

Uma inconsistência na equação de Rayleigh-Jeans, (publicada por Rayleigh em 1900 e emendada em 1905 por James Jeans), que descrevia a distribuição dos comprimentos de onda na radiação de um corpo negro, conduziu pouco tempo depois à formulação da teoria quântica pelo físico alemão Max Planck.

Os vários resultados científicos que obteve contribuiram para aumentar a sua já grande reputação.

No entanto, o trabalho que viria a tornar Rayleigh mais famoso resultou da sua atracção pela fastidiosa observação do detalhe. De facto a sua descoberta do Argon resultou principalmente de ter constatado uma pequena inconsistência entre as densidades do nitrogénio atmosférico e do nitrogénio químico. Em vez de tentar livrar-se da discrepância, Rayleigh tentou amplificá-la. A diferença estava em que uma das substâncias era completamente obtida a partir do ar, enquanto a outra era parcialmente obtida a partir da amónia. Rayleigh substituiu o oxigénio por ar no processo químico de modo a que todo o nitrogénio resultante tivesse origem na amónia, e observou que o nitrogénio obtido deste modo era mais leve do que o obtido a partir do ar. Deduziu então que o fenómeno ocorria porque havia um gás mais pesado do que o nitrogénio no ar. Isolar esse gás provou-se ser extremamente difícil, mas Rayleigh acabou por ser bem sucedido. O gás foi denominado de argon, palavra grega para designar inactivo, porque este gás recusa combinar-se quimicamente com outras substâncias. Por este facto foi-lhe atribuído o prémio Nobel em 1904.

Para mais detalhes consultar aqui.

(Iniciativa d' "A Loja das Ideias" no Ano Internacional da Física - 2005)

João Sentieiro

Educação previne o envelhecimento cognitivo

Num trabalho publicado pela revista Neuropsychology, da American Psychological Association, investigadores da Universidade de Toronto apresentam resultados de um estudo imagiológico do cérebro, realizado com o objectivo de avaliar a relação entre o grau de educação de um indivíduo e o envelhecimento cognitivo. Os resultados obtidos sugerem que quantos mais anos de educação um indivíduo tem maior é a capacidade do cérebro para resistir ao declínio cognitivo derivado do envelhecimento.Intrigados pelo facto de doentes com a doença de Alzheimer e com um nível elevado de educação revelarem maior resistência à evolução da doença do que doentes com níveis inferiores de educação, os investigadores recorreram à imagiologia cerebral para validar a hipótese de que a educação, de alguma maneira, protege a cognição do envelhecimento.

Mais uma razão (científica) para apostar na educação da sociedade…

O estudo é referido aqui.

Luís Custódio

Becquerel, Pierre e Marie Curie - Prémios Nobel de Física (1903)

ANTOINE HENRI BECQUEREL, em reconhecimento pelos extraordinários serviços prestados pela sua investigação sobre a radioactividade espontânea,
E a outra metade em conjunto a:
PIERRE CURIE e MARIE CURIE, (nome de solteira SKLODOWSKA), em reconhecimento pelos extraordinários serviços prestados pela sua investigação conjunta sobre os fenómenos de radiação iniciada pelo Professor Henri Becquerel.

Becquerel, um físico francês, filho e neto de físicos, foi um dos muitos cientistas que se entusiasmou com a descoberta dos raios X feita por Wilhelm Conrad Roentgen*. Becquerel decidiu então estudar fenómenos considerados relacionados tais como a fluorescência e a fosforescência. Em Março de 1896, completamente ao acaso, Becquerel fêz uma descoberta notável. Descobriu que, se era verdade que os fenómenos de fluorescência e fosforescência tinham muitas semelhanças com os raios X, também exibiam diferenças importantes. Assim enquanto a fluorescência e os raios X se extinguiam quando a fonte de energia exterior que os excitava era desligada, a fosforescência mantinha-se por algum tempo após desligada a fonte de energia.

Em Março de 1896, face às previsões atmosféricas de céu nublado, Becquerel uma vez que não poderia, durante uns dias, usar o Sol como fonte de energia para as suas experiências, decidiu embrulhar as suas placas fotográficas e guardá-las em conjunto com alguns cristais contendo urânio numa gaveta escura. Mais tarde, e para sua grande surpresa, verificou que as placas apesar de guardadas na gaveta tinham sido impressionadas por emanações invisíveis com origem no urânio. Mais, essas emanações não tinham necessitado da acção de nenhuma fonte de energia externa – ou seja os próprios cristais tinham autonomamente emitido radiações.

Ao contrário da descoberta dos raios X que constituiu uma autêntica bomba despertando o entusiasmo da sociedade em geral e da comunidade científica em particular, a descoberta da radioactividade passou quase despercebida mesmo na comunidade científica. Apenas um reduzido número de cientistas se interessou pela descoberta de Becquerel e não foi senão após a descoberta do radium, por Marie e Pierre Curie, dois anos mais tarde que o interesse pela radioactividade teve um grande crescimento.

Trabalhando no laboratório de Becquerel, Marie Curie e o marido Pierre, começaram o que se veio a revelar ser uma vida inteira dedicada ao estudo da radioactividade.

Becquerel já tinha notado que as emanações de urânio poderiam tornar o ar condutor de eletricidade. Usando os instrumentos sensíveis inventados por Pierre Curie e seu irmão, Pierre e Marie Curie mediram a capacidade para induzir conductividade exibida pelas emanações de vários elementos. A 17 de Fevereiro de 1898, os Curies ao testarem um minério de urânio, pecheblenda, verificaram que este tinha uma capacidade de ionização do ar 300 vezes mais intensa do que a do urânio puro. Testaram e recalibraram os seus instrumentos, no entanto voltaram a obter os mesmos surpreendentes resultados. Então, conjecturaram que para além do urânio, provavelmente, existia no pecheblenda uma substância desconhecida muito mais activa que o urânio. No título de um artigo que descreve a hipótese da existência deste elemento (que denominaram polonium (polónio) em homenagem à Polónia país de origem de Marie), introduziram o termo novo: "radio-activo."

Após muito trabalho, os Curie conseguiram extrair quantidades suficientes, de polonium e de um outro elemento radioactivo, o radio, para poderem estabelecer as propriedades químicas destes elementos. Marie Curie, em colaboração com o marido e sozinha após a sua morte, estabeleceu os primeiros padrões quantitativos com base nos quais a taxa da emissão radioativa de partículas carregadas poderia ser medida e comparada. Além disso, constatou que havia uma diminuição na taxa de emissão radioativa ao longo do tempo e que esta diminuição poderia ser calculada e prevista. Mas talvez a maior e mais original contribuição de Marie Curie tenha sido a constatação de que a radiação é uma propriedade intrínseca de certos átomos.
O prosseguimento dos trabalhos de Marie Curie viriam a valer-lhe um segundo Prémio Nobel, desta vez da Química, em 1911.
Apesar do passo gigante para a Ciência que estas descobertas significaram, e da contribuição que deram para mudar radicalmente a face da Física moderna, os cientistas da época ainda sabiam pouco sobre a estrutura do átomo. Foi preciso esperar pelo trabalho de Ernest Rutherford para que se (começasse a compreender) compreendesse a verdadeira importância destas descobertas.

Para informação mais detalhada consultar aqui, aqui e aqui.

João Sentieiro

Lorentz e Zeeman - Prémio Nobel da Física (1902)

HENDRIK ANTOON LORENTZ (1853-1928) e PIETER ZEEMAN (1865 – 1943) em reconhecimento dos extraordinários serviços prestados com a investigação sobre a influência do magnetismo nos fenómenos de radiação.

O maior crédito pelos desenvolvimentos feitos no domínio da teoria electromagnética da luz, depois de Maxwell, é devido a Hendrik Lorentz, cujo trabalho teórico neste campo foi muito frutuoso. Enquanto a teoria de Maxwell não fazia nenhuma hipótese de natureza atómica, Lorentz começa por estabelecer a hipótese de que nos materiais existem partículas extremamente pequenas, a que chamou electrões, que são portadoras de certas cargas eléctricas específicas. Estes electrões movem-se livremente nos chamados materiais condutores dando assim origem a uma corrente eléctrica. Partindo desta hipótese simples Lorentz conseguiu não só provar tudo o que a teoria anterior explicava como ultrapassar algumas das suas maiores limitações.

Quase imediatamente a seguir J.J.Thomson (1856-19409, Prémio Nobel da Física em1906, viria a identificar os electrões no seu estado livre nos raios catódicos.

Em paralelo com o desenvolvimento da teoria electromagnética da luz, foi feito muito trabalho experimental e ensaiadas várias tentativas com o objectivo de tentar demonstrar com todo o rigor a analogia entre o movimento ondulatório eléctrico e a luz.

Contudo não era suficiente demonstrar a analogia completa entre aqueles fenómenos; os cientistas queriam ir mais longe e demonstrar que eles eram de natureza idêntica. Para o efeito tentaram mostrar que as forças magnéticas actuavam sobre a luz do mesmo modo que actuavam sobre as correntes eléctricas. Era esta propriedade exactamente que Faraday tinha tentado provar. As experiências que conduziu levaram-no a descobrir a rotação do plano de polarização da luz sob o efeito de forças magnéticas.

Guiado pela teoria electromagnética da luz, Zeeman partindo da última experiência de Faraday, e, após várias tentativas frustradas, teve finalmente sucesso a demonstrar que a radiação emitida por uma fonte de luz sob a influência das forças magnéticas muda de tal modo a sua natureza que mostra as suas diferentes riscas espectrais separadas em várias componentes (Efeito Zeeman).

Para informação mais detalhada consultar aqui e aqui.

(Iniciativa d' "A Loja das Ideias" no Ano Internacional da Física - 2005)

João Sentieiro

Semana Internacional do Cérebro

A Semana Internacional do Cérebro é uma iniciativa internacional organizada pela Dana Alliance for Brain Initiatives com o objectivo de divulgar junto do público os progressos e benefícios da investigação científica na área do cérebro. Em Portugal, a 10ª edição da Semana Internacional do Cérebro é organizada pela Sociedade Portuguesa de Neurociências em colaboração com a Ciência Viva, e decorre de 12 a 20 de Março de 2005.

No âmbito desta iniciativa realiza-se no próximo sábado, dia 12 de Março, às 16h30, no Pavilhão do Conhecimento, no Parque das Nações em Lisboa, um colóquio intitulado “A Música e o Cérebro" reunindo especialistas na área a fim de debater com o público questões como:

“Como é que o cérebro processa as emoções associadas à música? Como é que a música, a linguagem e a cognição se relacionam no nosso cérebro? Será que o nosso cérebro associa a linguagem, a melodia e o ritmo quando cantamos ou ouvimos uma canção?”

Para mais informações, consultar aqui e aqui.

Luís Custódio

Físico Hans Bethe – morte aos 98 anos

O físico Hans Bethe (1906-2005) faleceu no passado dia 6 de Março aos 98 anos de idade. Mais conhecido como um dos pais da bomba atómica, Hans Bethe foi posteriormente um empenhado activista na causa da não proliferação de armas nucleares tendo participado em vários encontros não oficiais a fim de discutir políticas de controlo desse tipo de armamento, tendo inclusivamente contribuido para a proibição, em 1973, de testes nucleares atmosféricos.

Enquanto cientista, Hans Bethe estudou como as estrelas produzem energia através do processo de fusão nuclear, no qual núcleos de hidrogénio são fundidos, dando origem a átomos de hélio e a uma libertação de energia. Em consequência da sua investigação, Bethe mostrou que praticamente toda a energia produzida pelas estrelas mais brilhantes é gerada a partir de uma reacção de fusão tendo o carbono como catalisador e o hidrogénio como combustível. O reconhecimento da qualidade e importância do trabalho de Bethe culminou com a atribuição do Prémio Nobel da Física em 1967.

Hans Bethe nasceu em Estrasburgo em 1906, tendo começado a sua carreira académica na Alemanha. Em 1933 perdeu o seu emprego devido à ascensão ao poder de Adolf Hitler. Fugiu para os EUA vindo a chefiar a divisão de física teórica do Projecto Manhattan.

Luís Custódio

Röntegen - Prémio Nobel da Física (1901)

WILHELM CONRAD RÖNTGEN (1847-1923) em reconhecimento pelos extraordinários serviços prestados na descoberta dos intrigantes raios subsequentemente denominados de raios RÖNTGEN – Raios X – outra forma de luz.

Uma nova forma de radiação foi descoberta em 1895 por Wilhelm Röntgen, um físico alemão. Designou esta radiação de radiação X para salientar a sua natureza desconhecida. Esta radiação misteriosa tinha a capacidade de atravessar muitos materiais que absorviam a luz visível. Esta característica tornou ao longo dos anos os raios X úteis em muitos domínios. As aplicações mais importantes da tecnologia dos raios X verificaram-se no mundo da medicina, mas os raios X jogaram também um papel crucial noutras áreas: foram fundamentais na investigação em mecânica quântica, na cristalografia e na cosmologia.

No mundo industrial, scanners de raios X são frequentemente usados para detectar com minúcia falhas em equipamento metálico pesado, e tornaram-se equipamento standard na segurança dos aeroportos.

A atmosfera da terra é suficientemente espessa para impedir a penetração dos raios X, o que é bom para nós mas mau para a astronomia. Assim para estudar determinados fenómenos é necessário instalar os telescópios e os detectores de Raios X em satélites. As fontes de raios X existentes no espaço são de vários tipos, buracos negros, estrelas de neutrões, sistemas binários de estrelas, remanescentes de supernovas, estrelas, o sol, e até alguns cometas como se descobriu recentemente.

Mas afinal o que são os Raios X?

Os raios X são basicamente a mesma coisa que os raios de luz visível. Ambos são ondas de energia electromagnética transportada por partículas chamadas fotões. A diferença entre os raios X e os raios de luz visível está no nível de energia dos fotões individuais.
Os fotões da luz visível e os fotões dos raios X são ambos produzidos pelo movimento dos electrões nos átomos. Os electrões ocupam níveis de energia diferentes, ou órbitas, em torno do núcleo de um átomo. Quando um electrão transita para uma órbita de mais baixa energia, liberta a energia extra sob a forma de um fotão. O nível de energia do fotão depende de quão distantes estão entre si as órbitas entre as quais o electrão transita.
Quando um fotão colide com um outro átomo, o átomo pode absorver a energia do fotão fazendo com que um electrão transite para um nível mais elevado (de energia mais elevada). Para que isto aconteça, o nível de energia do fotão tem que se ajustar à diferença da energia entre as duas posições (órbitas) do electrão. Se tal não acontecer o fotão não pode fazer o electrão transitar entre órbitas.
Os átomos que constituem o tecido do nosso corpo absorvem muito bem os fotões da luz visível. O nível de energia do fotão ajusta-se às várias diferenças de energia entre posições do electrões. Por outro lado as ondas de rádio não têm energia suficiente para forçar transições entre órbitas de electrões de átomos maiores, por isso atravessam a maioria dos materiais.
Os fotões dos raios X também atravessam a maioria dos materiais, mas pela razão oposta: têm demasiada energia.
Contudo, podem forçar a separação completa de um electrão de um átomo. Parte da energia do fotão arranca o electrão do átomo, e a restante é usada para lançar o átomo no espaço. Os átomos maiores absorvem, com maior probabilidade, um fotão de raios X, porque os átomos maiores têm maiores diferenças de energia entre órbitas - os níveis de energia estão mais próximos da energia do fotão. Nos átomos menores, as órbitas dos electrões estão separadas por diferenças de energia relativamente baixas, e portanto é menos provável que absorvam fotões de raios X.
Os tecidos moles do nosso corpo são compostos de átomos menores, e portanto não absorvem particularmente bem os fotões dos raios X. Os átomos de cálcio que constituem os nossos ossos são muito maiores, e assim são melhores a absorver os fotões dos raios X

Para informação mais detalhada consultar aqui e aqui.

(Iniciativa d' "A Loja das Ideias" no Ano Internacional da Física - 2005)

João Sentieiro

Ano Mundial da Física - 2005

A Loja das Ideias associa-se às comemorações do Ano Mundial da Física publicando periodicamente informação breve sobre os laureados com o Prémio Nobel da Física (desde a primeira vez que foi atribuído em 1901 até hoje) e as descobertas científicas a que ficaram associados.

Ver também página da Ciência Viva.

Consultor Científico: Doutor Gaspar Barreira (LIP - Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas)

João Sentieiro

Giordano Bruno: filósofo e cientista

A 16 de Fevereiro passaram 405 anos sobre a execução na fogueira de Giordano Bruno condenado pela Igreja Católica Romana pelo crime de heresia consubstanciado em oito actos até hoje não revelados. Às primeiras horas da manhã foi retirado da cela, onde esteve preso e sujeito a interrogatórios durante sete anos, e conduzido à Piazza dei Fiori em Roma onde foi queimado vivo. As autoridades da igreja temiam tanto o poder das ideias de um homem que era conhecido por toda a Europa como um pensador brilhante que mesmo nos últimos momentos ordenaram aos carrascos que lhe atassem a língua para que não pudesse falar à multidão que se tinha reunido para assistir à sua cruel execução.

Giordano Bruno punha em causa a natureza finita do universo, postulada por Copérnico, mas talvez a sua característica mais notável estivesse nos seus apelos vigorosos à razão e à lógica como vias para a descoberta da verdade. Duma forma que antecipava os pensadores iluminados do século XVIII, ele escreveu num dos seus últimos livros, De triplici mínimo (1591): “Aquele que deseja filosofar tem que primeiro duvidar de todas as coisas. Num debate não deve tomar posição sem ter ouvido todas as opiniões, e considerado e comparado todas as razões pró e contra. Nunca deve fazer um julgamento, nem formar opinião com base na evidência do que ouviu, ou na opinião da maioria, ou na idade, mérito ou prestígio do orador mas tem que proceder de acordo com a persuasão de uma doutrina orgânica que adira às coisas reais, e à verdade que pode ser compreendida pela luz da razão.”

O progresso da Ciência, tem sido ao longo dos tempos, sempre visto com desconfiança pelos sectores mais consevadores e dogmáticos da sociedade. De facto os seus pequenos ou grandes poderes repousam sistematicamente em sociedades ou comunidades incultas, pouco críticas e pouco exigentes. Nem sempre (embora ainda com muita frequência no mundo dito civilizado de hoje) essa desconfiança assume a brutalidade com que a inquisição eliminou os que questionavam as “verdades” estabelecidas, mas sob formas mais sofisticadas, os inimigos da ciência estão presentes e actuantes entre nós. Para os vencer não há outro caminho do que empenharmo-nos vigorosamente na promoção do enraizamento social do conhecimento em geral e da ciência como sua componente fundamental.

João Sentieiro

Ética e Mercado: “A Decent Factory”

"The one and only social responsibility of business is to make profits."

Milton Friedman, prémio Nobel de Economia

Numa economia globalizada mais e mais empresas estão a deslocalizar a sua produção para países com baixos custos do factor trabalho e menor protecção dos direitos dos trabalhadores. Alguns gestores, seja por genuinas preocupações morais seja para responder a questões levantadas por investidores e accionistas, tentam compatibilizar lucro e ética empresarial.

“A Decent Factory” é um filme do realizador Thomas Balmès sobre o esforço da Nokia neste domínio, a qual fez deslocar à China duas especialistas em ética para analisar as condições de uma fábrica chinesa de componentes para a Nokia.

O trabalho destas consultoras acaba por revelar-se incómodo ao ponto de um director da Nokia perguntar se a empresa havia contratado especialistas porque desejava mudar o mundo ou porque queria que a informação se tornasse numa peça de marketing.

Rui Albuquerque (no Brasil)

Sugestão de leitura: “O Último Segredo”

“Que nos impele a agir?” esta pergunta, que atravessa toda a narrativa, começa o livro de Bernard Werber numa viagem ficcionada sobre os mistérios do cérebro humano. Num misto de ficção e ciência, B. Werber propõe-nos uma reflexão sobre aquilo que motiva o ser humano a agir, no sentido de que uma forte motivação por algo potencia consideravelmente as nossas capacidades cognitivas na prossecução dos nossos objectivos. Em simultâneo, o livro leva-nos também a reflectir sobre as máquinas, enquanto entidades inteligentes, e a questionar-nos até que ponto as máquinas são capazes de pensar. Deixo dois excertos para motivar a leitura deste livro:

“Na sua mente, um núcleo do córtex do seu hemisfério esquerdo agarra-se a uma ideia. [...] O núcleo activa electricamente o neurónio que em dois milésimos de segundo passa de menos setenta milivolts a mais trinta milivolts.[...] Entrada em acção do neurotransmissor ácido glutâmico. Quando este roça o neurónio vizinho, este passa por sua vez a trinta milivolts.[...] Deste subtil equilíbrio entre electricidade e produtos químicos excitantes ou inibidores, nascem as ideias”

“Jean-Louis Martin envia o texto para o ecrã: ‘Encerrado na caverna de Denys (uma pequena ilha da Sicília), Ulisses encontra-se diante do Ciclope que quer matá-lo. O Ciclope propõe-lhe então uma escolha: ou Ulisses diz uma verdade e será cozido, ou diz uma mentira e será assado. Que deve responder Ulisses? Dispõem de três minutos e só têm direito a uma resposta’”

Luís Custódio