Física Moderna é a denominação dada ao conjunto de concepções da Física desenvolvidas no começo do século XX. Essas concepções deram início às teorias da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade.
A partir das proposições teóricas dos físicos Albert Einstein e Max Planck, houveram significativas alterações no entendimento científico em relação à noção de espaço, tempo, medida, causalidade, simultaneidade, trajetória e localidade.
A Física Moderna surgiu ampliando os horizontes da Física Clássica. Ela é capaz de explicar fenômenos de escalas minúsculas como escalas atômicas e subatômicas, bem como, se aplica a velocidades altíssimas que não podem se aplicar as Leis de Newton, como velocidades muito próximas à velocidade da luz.
História da Física Moderna
Até o final do século XIX, as teorias físicas existentes eram consideradas por alguns cientistas como a “Teoria do Tudo”. Nessa época acreditava-se que todos os fenômenos físicos poderiam ser explicados através dos conhecimentos vigentes no momento.
A partir do século XX, os cientistas se deram conta de que os conhecimentos obtidos até o momento não eram suficientes para explicar alguns fenômenos físicos, como por exemplo, o efeito fotoelétrico e a radiação do corpo negro.
Assim, diversas hipóteses começaram a ser levantadas e surgiram teorias que revolucionaram os antigos conceitos de física. O marco inicial da Física Moderna passou a ser considerado a partir dos estudos do espectro da radiação térmica, quando se analisou a radiação emitida por corpos negros.
O estudo da absorção e da emissão de calor foi desenvolvido pelo alemão Robert Kirchhoff. Ele que descobriu que objetos com de cor negra, absorviam mais radiação. Em 1900, Max Planck se aprofundou nos fenômenos relacionados à radiação térmica, e apresentou ao mundo ao mundo a Mecânica Quântica. Planck desenvolveu uma equação pela qual explicou o fenômeno que a intensidade de radiação emitida pelo corpo negro causava.
Em 1905, Albert Einstein publicou várias teorias que impactaram o conceito antigo de Física. Em uma delas ele explicou o Movimento Browniano, a emblemática trajetória de partículas sobre a água parada; na outra ele explicou a geração de eletricidade a partir da luz, que varia conforme a sua frequência, chamado efeito fotoelétrico.
Nesse mesmo período, Einstein lançou a Teoria da Relatividade, que explica que o o tempo e o espaço dependem do referencial do qual o objeto é observado.
As novas concepções trazidas pela Física Moderna dinamizaram o conhecimento e revolucionaram a ciência, trazendo contribuições para o desenvolvimento da eletrônica, das telecomunicações, na medicina e em muitas outras áreas.
Mecânica Quântica
Embora também seja utilizada para descrever fenômenos macroscópicos, o foco principal da Mecânica Quântica é o estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica.
A teoria quântica é relevante para descrever sistemas microscópicos como moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas. Dessa forma, ela fornece descrições precisas para fenômenos como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron, por exemplo.
A Mecânica Quântica serve também para explicar fenômenos macroscópicos, como por exemplo, superfluidez e a supercondutividade que só é possível considerando que o considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico.
Teoria da Relatividade
A Teoria da Relatividade substitui os conceitos independentes de espaço e tempo propostos por Newton. Essa denominação é dada ao conjunto de duas teorias científicas: a Relatividade Especial ou Restrita e a Relatividade Geral.
A Relatividade Especial foi uma publicada por Albert Einstein em 1905, concluindo estudos de Henri Poincaré e de Hendrik Lorentz. Essa teoria define o tempo-espaço como uma variedade de 4 dimensões, três espaciais e uma temporal.
Dez anos após a publicação da Teoria da Relatividade Especial, Einstein publicou a Teoria Geral da Relatividade. Essa versão mais completa da teoria inclui os efeitos da gravitação e a noção de espaço-tempo curvo.
Física Nuclear
A Física Nuclear tem como objeto de estudo as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos e os mecanismos das reações nucleares. Ela foi desenvolvida a partir da evolução do conceito científico da estrutura atômica.
Os núcleos dos átomos possuem propriedades que são analisadas através de modelos nucleares baseados na mecânica quântica, relatividade e teoria quântica de campos. Essas propriedades podem ser classificadas como estática (carga, tamanho, forma, massa, momentos eletromagnéticos,) e dinâmica (radioatividade, estados excitados, reações nucleares).
Principais marcos da Física Moderna
O desenvolvimento da Física Moderna foi marcada por algumas descobertas importantes para a compreensão sobre a estrutura da matéria e dos átomos e sobre a natureza da luz.
Ela conseguiu explorar a natureza do mundo microscópico e as grandes velocidades relativísticas, propondo explicações para fenômenos físicos que eram desconhecidos.
Entre os marcos mais importantes da Física Moderna, estão:
- 1895 – o físico alemão Wilhem Röntgen descobriu radiação eletromagnética nos comprimentos de onda de raios X.
- 1896 –
o físico francês Antoine Becquerel descobriu a radioatividade; - 1900 – o físico alemão Max Planck apresentou ao mundo estudos que formaram base para a investigação da mecânica quântica;
- 1905 –
o físico alemão Albert Einstein propôs a Teoria da Relatividade Especial ou restrita; - 1913 – o físico dinamarquês Niels Bohr desenvolveu os estudos que contribuíram decisivamente para a compreensão da estrutura atômica e para a física nuclear;
- 1924 – o físico francês Louis De’Broglie apresentou a dualidade onda-partícula, mostrando que qualquer corpo pode comportar-se como uma onda;
- 1926 – surgiu a Mecânica Quântica, resultado do trabalho de físicos como Werner Heisenberg, Erwin Schröedinger e Max Planck.