A unificação no passado

Júpiter e duas das suas luas.
Júpiter e duas das suas luas.
Lua
O satélite natural do nosso planeta.

A primeira unificação, propriamente dita, foi feita por Galileo Galilei (muitas vezes chamado o "avô" da Física). Ele foi o primeiro a usar o telescópio para observar os céus, e com a sua ajuda notou imperfeições (montanhas e crateras) na Lua, fases em Vénus e satélites em Júpiter. Desta forma viu que os céus não eram perfeitos, e assim se apercebeu que os céus e a Terra tinham a mesma diversidade e natureza, ou seja, unificou os céus e a Terra!

Caricatura de Isaac Newton.
Isaac Newton (1642-1727)

O passo seguinte foi dado por Newton (este chamado o "pai" da Física e representado na caricatura da esquerda) em 1666 (conhecido como "ano dos milagres" pelos físicos). Neste ano Newton obteve avanços ímpares na História da Física e da Matemática. Ele estabeleceu o Cálculo Diferencial e Integral, desenvolveu as bases da Mecânica, da Óptica e formulou também a famosa Lei da Gravitação Universal, a partir da qual se podiam deduzir as já muito bem testadas três leis de Kepler.

Por outras palavras, Newton ampliou as ideias de Galileu e demonstrou que os Céus e a Terra para além de terem a mesma natureza eram regidos pelas mesmas leis!

As equações de Maxwell.
Equações de Maxwell.

A mais conhecida talvez seja o Electromagnetismo: –A unificação da Electricidade com o Magnetismo. Esta unificação foi conseguida por Maxwell no fim do séc. XIX. Com apenas 4 equações, Maxwell descreveu todos os fenómenos conhecidos nesta área e ainda previu muitos outros fenómenos que vieram a ser observados mais tarde. As famosas equações de Maxwell encontram-se representadas em baixo.

Nestas equações, E representa o campo eléctrico, H o campo magnético, ρ a densidade de cargas eléctricas, J a corrente eléctrica e div, rot e ∂/∂t são operadores matemáticos de derivação.

Não é preciso compreender a matemática que está subjacente a estas equações para nos maravilharmos com a sua beleza. Elas dizem respeito a todos os fenómenos que envolvem electricidade ou magnetismo. Por exemplo:

Linhas de força produzidas por um magnete visualisadas por intermédio de limalha de ferro.
Linhas de força produzidas por um magnete.
  • A 1ª equação diz-nos que cargas eléctricas de sinais idênticos se repelem e de sinais opostos se atraem, ou seja, esta equação explica a razão pela qual os átomos que constituem o nosso corpo se mantém coesos.
  • A 2ª equação diz-nos que não existem cargas magnéticas, tal como existem cargas eléctricas - na verdade, o magnetismo é produzido por cargas eléctricas em movimento - o que nos é afirmado pela 4ª equação, de facto!
  • A 3ª equação de Maxwell afirma-nos que um campo magnético a variar no tempo produz um campo eléctrico (é este o princípio a partir do qual se produz electricidade nas turbinas das barragens).
  • A 4ª equação é o "inverso" da 3ª, ou seja, diz-nos que um campo eléctrico a variar no tempo também produz um campo magnético.
Esquema que explica como se produz electricidade numa barragem.
Esquema que explica como se produz electricidade numa barragem.

Independentemente do seu significado específico ou da matemática que lhes está subjacente, estas equações conseguem algo de notável: reunir, em quatro linhas, todos os fenómenos eléctricos e magnéticos, e explicá-los de uma forma elegante e simples. E é exactamente algo do género que hoje em dia queremos fazer para a Física de Partículas.