Os mais belos experimentos da física

Lista de revista britânica contempla ensaios clássicos, de concepção simples e elegante

A revista britânica Physics World divulgou em setembro o resultado de uma enquete realizada entre seus leitores para apontar o mais belo experimento físico de todos os tempos. Entre os dez mais votados, a maioria consiste em ensaios de física clássica, anteriores ao século 20, de concepção elegante e relativamente simples.

Estão presentes na lista experimentos realizados por alguns dos maiores nomes da história da física, como o italiano Galileu Galilei (século 16), com duas indicações, e os britânicos Isaac Newton (séc. 17) e Henry Cavendish (séc. 18). O mais antigo foi a medição da circunferência da Terra por Eratóstenes, realizada no século 3 a.C. O mais recente foi eleito o mais belo -- o experimento da dupla fenda de Young aplicada à interferência de elétrons, realizado em 1961 pelo alemão Claus Jönsson.

Gigantes da história da física como o italiano Galileu Galilei (esq.) ou o inglês Isaac Newton (dir.) figuram na lista dos mais votados

Com extraordinária engenhosidade, Jönsson preparou anteparos com 3, 4 e 5 fendas com dimensões apropriadas para a observação de interferência produzida com um feixe de elétrons. A figura de interferência obtida apresentou o mesmo padrão já demonstrado por Young para o caso da luz. Por isso esse experimento passou a ser considerado a comprovação definitiva do caráter ondulatório do elétron (e, por extensão, de qualquer partícula), o que justifica plenamente sua escolha como o mais belo de todos os tempos.

A relação da Physics World revela curiosidades interessantes. O experimento da queda de corpos -- eleito o segundo mais belo --, que teria sido realizado por Galileu na torre de Pisa, pode não passar de uma lenda, segundo hipótese defendida há mais de 60 anos pelo historiador da ciência Alexandre Koyré. Os experimentos sobre o movimento de corpos num plano inclinado -- oitavo lugar na lista dos mais belos --, detalhadamente descritos por Galileu em seus famosos Discursos sobre duas novas ciências, foram planejados justamente para testar a hipótese abordada no 'experimento' da torre de Pisa. Foi uma engenhosa alternativa, mas até nesse caso Koyré duvida que todos os experimentos descritos por Galileu tenham sido realizados.

Galileu fazia uso freqüente das 'experiências de pensamento' (Gedankenexperimente), um recurso exaustivamente utilizado pelos físicos do início do século 20, quando a mecânica quântica estava nascendo e os experimentos comprobatórios eram impossíveis ou extremamente difíceis. A propósito, o experimento mais votado na lista da Physics World foi detalhadamente descrito pelo físico americano Richard Feynman como um Gedankenexperimente. Aparentemente Feynman não tinha conhecimento do trabalho de Jönsson, publicado na revista alemã Zeitschrift für Physik no ano em que o americano começou a redigir um livro no qual dizia se tratar de um experimento impossível de ser realizado.

O experimento de Jönsson está para a teoria quântica assim como o de Young (quinto mais votado) está para a ótica clássica. Newton defendia a hipótese de que a luz era constituída por corpúsculos. Essa teoria corpuscular era combatida pelo holandês Christiaan Huygens, que defendia a natureza ondulatória da luz. Com sua experiência da dupla fenda, realizada por volta de 1801, o inglês Thomas Young resolveu a questão favoravelmente a Huygens. A experiência de Young provou que a luz era uma onda, porque o fenômeno da interferência, por ele descoberto, era uma característica exclusivamente ondulatória -- as partículas não apresentavam tal fenômeno. No entanto, estava longe de ser resolvida a questão sobre o caráter ondulatório ou corpuscular da luz...

Uma característica marcante da lista dos mais votados é a conjunção de simplicidade e capacidade para estabelecer novos paradigmas. O experimento da gota de óleo do americano Robert Millikan (eleito o terceiro mais belo), por exemplo, realizado por volta de 1910, foi a primeira demonstração da quantização da carga elétrica, isto é, de que a carga de qualquer material eletricamente carregado é sempre um múltiplo inteiro da carga do elétron. Já a experiência do inglês Ernest Rutherford -- que aparece na nona posição -- mudou o curso da física na medida em que originou o modelo atômico de Bohr e desembocou na teoria quântica. Por sua vez, o pêndulo de Foucault, eleito o décimo experimento mais belo, foi a primeira demonstração da rotação da Terra em torno do seu eixo (idéia surgida na época de Copérnico, por volta de 1543).

Se é indiscutível a 'beleza' dos experimentos mais votados, a ausência de outros pode ter sido injusta. Por exemplo, por volta de 1777, bem antes de Cavendish, o francês Charles-Augustin de Coulomb havia desenvolvido uma balança de torção, com a qual verificou a lei de atração eletrostática que hoje é conhecida como lei de Coulomb, formalmente idêntica à lei da gravitação de Newton, comprovada por Cavendish em 1798. Igualmente curiosa é a ausência dos experimentos realizados pela franco-polonesa Marie Curie. O uso que ela fez da balança piezoelétrica, desenvolvida por seu marido Pierre Curie, possibilitou a medida dos efeitos da radioatividade com extrema sensibilidade.

Carlos Alberto dos Santos
Instituto de Física
Universidade Federal do Rio Grande do Sul