FÍSICA PÁGINA PRINCIPAL;  PESQUISAS PÁGINA PRINCIPAL; 01 FÍSICA - BIBLIOGRAFIA ; 02 ELETRÔNICA; 03 ENSINO; 04 ASTROFÍSICA; 05 RADIOCIÊNCIA; 06 NEUROCIÊNCIA; FÍSICA GERAL 1 FÍSICA ESTATÍSTICA 

RESUMO

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   A física é o estudo científico da Natureza, seus constituintes fundamentais, seus movimentos e comportamentos através do espaço e do tempo, as entidades relacionadas de energia e força. É é uma das disciplinas científicas mais fundamentais e é uma das mais antigas disciplinas acadêmicas. Durante grande parte dos últimos dois milênios, a física, a química , a biologia e certos ramos da matemática fizeram parte da filosofia natural, mas durante a Revolução Científica no século XVII, essas ciências naturais se ramificaram em esforços de pesquisa separados. O campo de estudos se cruza com muitas áreas interdisciplinares de pesquisa, como a biofísica e a química quântica, cujos limites não são rigidamente definidos. Novas ideias em física frequentemente explicam os mecanismos fundamentais estudados por outras ciências e sugerem novos caminhos de pesquisa nessas e em outras disciplinas acadêmicas, como a matemática e a filosofia. Os avanços na física muitas vezes permitem novas tecnologias. Por exemplo, os avanços na compreensão do eletromagnetismo, da física do estado sólido e da física nuclear levaram diretamente ao desenvolvimento de tecnologias que transformaram a sociedade moderna, como a televisão, os computadores, os eletrodomésticos as armas nucleares. Os avanços da termodinâmica, por exemplo, levaram ao desenvolvimento da industrialização e da mecânica. 

INTRODUÇÃO

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   A física é um ramo da ciência cujos objetos primários de estudo são a matéria e a energia. As descobertas da física encontram aplicações em todas as ciências naturais e na tecnologia. Historicamente, a física surgiu da revolução científica do século XVII, cresceu rapidamente no século XIX e foi transformada por uma série de descobertas no século XX. A física hoje pode ser dividida em física clássica e física moderna.  Elementos do que se tornou a física foram extraídos principalmente dos campos da astronomia, óptica e mecânica, que foram metodologicamente unidos por meio do estudo da geometria. Essas disciplinas matemáticas começaram na antiguidade com os babilônios e com escritores helenísticos como Arquimedes e Ptolomeu, assim, a filosofia antiga, enquanto isso, incluía o que era chamado de Física. 

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   O movimento em direção a uma compreensão racional da natureza começou pelo menos desde o período arcaico na Grécia (650–480 a.C. ) com os filósofos pré-socráticos. O filósofo Tales de Mileto (séculos VII e VI a.C.), apelidado de "o Pai da Ciência" por se recusar a aceitar várias explicações sobrenaturais, religiosas ou mitológicas para fenômenos naturais, proclamou que todo evento tinha uma causa natural. Tales também fez avanços em 580 a.C. ao sugerir que a água é o elemento básico, experimentando a atração entre ímãs e âmbar esfregado e formulando as primeiras cosmologias registradas. Anaximandro, desenvolvedor de uma teoria protoevolucionária, contestou as ideias de Tales e propôs que, em vez da água, uma substância chamada ápeiron era o bloco de construção de toda a matéria. Por volta de 500 a.C., Heráclito propôs que a única lei básica que governa o Universo era o princípio da mudança e que nada permanece no mesmo estado indefinidamente. Junto com seu contemporâneo, Parmênides estava entre os primeiros estudiosos da física antiga a contemplar o papel do tempo no universo, um conceito-chave que ainda é um problema na física moderna.

PERÍODO CLÁSSICO

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Durante o período clássico na Grécia (séculos VI, V e IV a.C.) e nos tempos helenísticos, a filosofia natural desenvolveu-se lentamente em um campo de estudo controverso. Aristóteles (384–322 a.C.), discípulo de Platão, promoveu o conceito de que a observação de fenômenos físicos poderia, em última análise, levar à descoberta das leis naturais que os governavam. Os escritos de Aristóteles abrangem física, metafísica, poesia, teatro, música, lógica, retórica, linguística, política, governo, ética, biologia e zoologia. Ele escreveu a primeira obra que se refere a essa linha de estudo como Física no século IV a.C. Ele fundou o sistema conhecido como física aristotélica, tentou explicar ideias como movimento e gravidade com a teoria dos quatro elementos. Também acreditava que toda a matéria era composta de éter, ou alguma combinação de quatro elementos: terra, água, ar e fogo. 

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   De acordo com Aristóteles, esses quatro elementos terrestres são capazes de intertransformação e se movem em direção ao seu lugar natural, então uma pedra cai para baixo em direção ao centro do cosmos, mas as chamas sobem em direção à circunferência. Eventualmente, a física aristotélica se tornou enormemente popular por muitos séculos na Europa, informando os desenvolvimentos científicos e escolásticos da Idade Média. Permaneceu como o paradigma científico dominante na Europa até a época de Galileu Galilei e Isaac Newton.  Das 150 obras aristotélicas de renome, apenas 30 existem, e algumas delas são bastante resumidas.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   No início da Grécia Clássica, o conhecimento de que a Terra é esférica era comum e por volta de 240 a.C., como resultado de um experimento seminal, Eratóstenes (276–194 a.C.) estimou com precisão sua circunferência. Em contraste com as visões geocêntricas de Aristóteles, Aristarco de Samos apresentou um argumento explícito para um modelo heliocêntrico do Sistema Solar, ou seja, para colocar o Sol, não a Terra, em seu centro. Seleuco de Selêucia, um seguidor da teoria heliocêntrica de Aristarco, afirmou que a Terra girava em torno de seu próprio eixo, que, por sua vez, girava em torno do Sol. Embora os argumentos que ele usou tenham sido perdidos, Plutarco afirmou que Seleuco foi o primeiro a provar o sistema heliocêntrico por meio do raciocínio.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   No século III a.C., o matemático grego Arquimedes de Siracusa (287–212 a.C.), considerado o maior matemático da antiguidade e um dos maiores de todos os tempos, lançou as bases da hidrostática, da estática e calculou a matemática subjacente da alavanca, também desenvolveu sistemas elaborados de polias para mover objetos grandes com um mínimo de esforço. O parafuso de Arquimedes sustenta a hidroengenharia moderna, e suas máquinas de guerra ajudaram a conter os exércitos de Roma na Primeira Guerra Púnica. Ele contradisse os argumentos de Aristóteles e sua metafísica, apontando que era impossível separar matemática e natureza e provou isso convertendo teorias matemáticas em invenções práticas. Além disso, em sua obra Sobre Corpos Flutuantes, por volta de 250 a.C., desenvolveu a lei da flutuabilidade, também conhecida como princípio de Arquimedes. Em matemática, usou o método da exaustão para calcular a área sob o arco de uma parábola com a soma de uma série infinita, e deu uma aproximação notavelmente precisa de pi. Ele também definiu a espiral que leva seu nome, fórmulas para os volumes de superfícies de revolução e um sistema engenhoso para expressar números muito grandes, desenvolveu os princípios de estados de equilíbrio e centros de gravidade, ideias que influenciariam futuros estudiosos como Galileu e Newton.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Hiparco (190–120 a.C.), com foco em astronomia e matemática, usou técnicas geométricas sofisticadas para mapear o movimento das estrelas e planetas, até mesmo prevendo os horários em que os eclipses solares aconteceriam. Ele acrescentou cálculos da distância do Sol e da Lua da Terra, com base em suas melhorias nos instrumentos de observação usados ​​naquela época e grande parte do conhecimento acumulado do mundo antigo foi perdido, mesmo das obras de muitos pensadores respeitáveis, poucos fragmentos sobreviveram. Embora ele tenha escrito pelo menos quatorze livros, quase nada da obra direta de Hiparco sobreviveu. 

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Ptolomeu (90–168 d.C.), um pensador envolvido durante o tempo do Império Romano. Ptolomeu foi o autor de vários tratados científicos, pelo menos três dos quais foram de importância contínua para a ciência islâmica e europeia posterior. O primeiro é o tratado astronômico agora conhecido como Almagesto "O Grande Tratado", originalmente "Tratado Matemático". A segunda é a Geografia, que é uma discussão aprofundada do conhecimento geográfico do mundo greco-romano .

CHINA E ÍNDIA

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Na filosofia indiana, Maharishi Kanada foi o primeiro a desenvolver sistematicamente uma teoria do atomismo por volta de 200 a.C., embora alguns autores tenham lhe atribuído uma era anterior, no século VI a.C. Foi posteriormente elaborado pelos atomistas budistas Dharmakirti e Dignāga durante o primeiro milênio d.C. Pakudha Kaccayana, um filósofo indiano do século VI a.C. e contemporâneo de Gautama Buda, também propôs ideias sobre a constituição atômica do mundo material. Esses filósofos acreditavam que outros elementos eram fisicamente palpáveis ​​e, portanto, compreendiam minúsculas partículas de matéria. A última minúscula partícula de matéria que não podia ser subdividida posteriormente era denominada Parmanu. Esses filósofos consideravam o átomo indestrutível e, portanto, eterno. Os budistas pensavam que os átomos eram objetos minúsculos, incapazes de serem vistos a olho nu, que surgiam e desapareciam em um instante. A escola de filósofos Vaisheshika acreditava que um átomo era um mero ponto no espaço. Foi também a primeira a descrever as relações entre movimento e força aplicada. As teorias indianas sobre o átomo são muito abstratas e enredadas na filosofia, pois eram baseadas na lógica e não na experiência pessoal ou experimentação. Na astronomia indiana, Aryabhatiya de Aryabhata propôs a rotação da Terra, enquanto Nilakantha Somayaji (1444–1544) da escola de astronomia e matemática de Kerala propôs um modelo semi-heliocêntrico semelhante ao sistema Tychonic.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   O estudo do magnetismo na China Antiga remonta ao século IV a.C., no Livro do Mestre do Vale do Diabo. Um dos principais contribuidores para este campo foi Shen Kuo (1031–1095), um polímata e estadista que foi o primeiro a descrever a bússola de agulha magnética usada para navegação, bem como a estabelecer o conceito de norte verdadeiro. Na óptica, Shen Kuo desenvolveu independentemente uma câmera escura.

FÍSICA ISLÂMICA

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Nos séculos VII a XV, o progresso científico ocorreu no mundo muçulmano, muitas obras clássicas em indiano, assírio, sassânida (persa) e grego, incluindo as obras de Aristóteles, foram traduzidas para o árabe. Contribuições importantes foram feitas por Ibn al-Haytham (965–1040), um cientista árabe ou persa, considerado um fundador da óptica moderna. Ptolomeu e Aristóteles teorizaram que a luz brilhava do olho para iluminar objetos ou que "formas" emanavam dos próprios objetos, enquanto al-Haytham, conhecido pelo nome latino "Alhazen" sugeriu que a luz viaja para o olho em raios de diferentes pontos em um objeto. As obras de Ibn al-Haytham e al-Biruni (973–1050), um cientista persa, acabaram passando para a Europa Ocidental, onde foram estudadas por estudiosos como Roger Bacon e Vitello. Ibn al-Haytham usou experimentos controlados em seu trabalho sobre óptica, embora até que ponto diferiam de Ptolomeu seja motivo de debate. Mecânicos árabes como Bīrūnī e Al-Khazini desenvolveram uma sofisticada "ciência do peso", realizando medições de pesos e volumes específicos.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Ibn Sīnā (980–1037), conhecido como "Avicena", foi um polímata de Bukhara, no atual Uzbequistão, responsável por importantes contribuições à física, óptica, filosofia e medicina. Ele publicou sua teoria do movimento no Livro da Cura (1020), onde argumentou que um ímpeto é transmitido a um projétil pelo lançador. Ele o via como persistente, exigindo forças externas, como a resistência do ar, para dissipá-lo. Ibn Sina fez uma distinção entre 'força' e 'inclinação' , chamada "mayl" e argumentou que um objeto ganhava mayl quando o objeto está em oposição ao seu movimento natural. Ele concluiu que a continuação do movimento é atribuída à inclinação que é transferida para o objeto, e que o objeto estará em movimento até que o mayl seja gasto. Esta concepção de movimento é consistente com a primeira lei do movimento de Newton, a inércia, que afirma que um objeto em movimento permanecerá em movimento a menos que seja acionado por uma força externa. Esta ideia que discordava da visão aristotélica foi mais tarde descrita como "ímpeto" por John Buridan, que provavelmente foi influenciado pelo Livro da Cura de Ibn Sina.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Hibat Allah Abu'l-Barakat al-Baghdaadi (1080  – 1165 ) adotou e modificou a teoria de Ibn Sina sobre o movimento de projéteis. Em seu Kitab al-Mu'tabar, Abu'l-Barakat afirmou que o motor transmite uma inclinação violenta (mayl qasri) ao movido e que esta diminui à medida que o objeto em movimento se distancia do motor. Ele também propôs uma explicação da aceleração de corpos em queda pelo acúmulo de incrementos sucessivos de potência com incrementos sucessivos de velocidade. De acordo com Shlomo Pines, a teoria do movimento de al-Baghdaadi foi "a mais antiga negação da lei dinâmica fundamental de Aristóteles, ou seja, que uma força constante produz um movimento uniforme, e é, portanto, uma antecipação de forma vaga da lei fundamental da mecânica clássica, ou seja, que uma força aplicada continuamente produz aceleração]." Jean Buridan e Alberto da Saxônia mais tarde se referiram a Abu'l-Barakat ao explicar que a aceleração de um corpo em queda é resultado do seu ímpeto crescente.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Ibn Bajjah ( 1085  – 1138), conhecido como "Avempace" na Europa, propôs que para cada força há sempre uma força de reação. Ibn Bajjah foi um crítico de Ptolomeu e trabalhou na criação de uma nova teoria da velocidade para substituir a teorizada por Aristóteles. Dois futuros filósofos apoiaram as teorias criadas por Avempace, conhecidas como dinâmica avempaceana. Esses filósofos foram Tomás de Aquino, um padre católico, e John Duns Scotus. Galileu adotou a fórmula de Avempace "de que a velocidade de um determinado objeto é a diferença entre a força motriz desse objeto e a resistência do meio de movimento".

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Nasir al-Din al-Tusi (1201–1274), um astrônomo e matemático persa que morreu em Bagdá, apresentou o casal Tusi. Copérnico mais tarde se baseou fortemente no trabalho de al-Din al-Tusi e seus alunos, mas sem reconhecimento.

EUROPA MEDIEVAL

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   A conscientização sobre obras antigas voltou a entrar no Ocidente por meio de traduções do árabe para o latim. Sua reintrodução, combinada com comentários teológicos judaico-islâmicos, teve grande influência em filósofos medievais como Tomás de Aquino. Estudiosos europeus escolásticos, que buscavam reconciliar a filosofia dos antigos filósofos clássicos com a teologia cristã, proclamaram Aristóteles o maior pensador do mundo antigo. Nos casos em que não contradiziam diretamente a Bíblia, a física aristotélica se tornou a base para as explicações físicas das Igrejas europeias. A quantificação se tornou um elemento central da física medieval. Com base na física aristotélica, a física escolástica descreveu as coisas como se movendo de acordo com sua natureza essencial. Objetos celestes foram descritos como se movendo em círculos, porque o movimento circular perfeito era considerado uma propriedade inata de objetos que existiam no reino não corrompido das esferas celestes. 

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   A teoria do ímpeto, ancestral dos conceitos de inércia e momento, foi desenvolvida ao longo de linhas semelhantes por filósofos medievais como John Philoponus e Jean Buridan. Movimentos abaixo da esfera lunar eram vistos como imperfeitos e, portanto, não se podia esperar que exibissem movimento consistente. Um movimento mais idealizado no reino "sublunar" só poderia ser alcançado por meio de artifício e, antes do século XVII, muitos não viam experimentos artificiais como um meio válido de aprender sobre o mundo natural. Explicações físicas no reino sublunar giravam em torno de tendências. Pedras continham o elemento terra, e objetos terrestres tendiam a se mover em linha reta em direção ao centro da terra, e do universo na visão geocêntrica aristotélica, a menos que fossem impedidos de fazê-lo. 

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL   Durante os séculos XVI e XVII, um grande avanço do progresso científico conhecido como Revolução Científica ocorreu na Europa. A insatisfação com abordagens filosóficas mais antigas havia começado antes e havia produzido outras mudanças na sociedade, como a Reforma Protestante, mas a revolução na ciência começou quando filósofos naturais começaram a montar um ataque sustentado ao programa filosófico escolástico e supuseram que esquemas descritivos matemáticos adotados de campos como mecânica e astronomia poderiam realmente produzir caracterizações universalmente válidas de movimento e outros conceitos.

NICOLAU COPÉRNICO

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Um avanço na astronomia foi feito pelo astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473–1543) quando, em 1543, ele deu fortes argumentos para o modelo heliocêntrico do Sistema Solar, ostensivamente como um meio de tornar as tabelas que mapeiam o movimento planetário mais precisas e simplificar sua produção. Em modelos heliocêntricos do Sistema Solar, a Terra orbita o Sol junto com outros corpos na galáxia da Terra, uma contradição de acordo com o astrônomo greco-egípcio Ptolomeu (século II d.C.; veja acima), cujo sistema colocava a Terra no centro do Universo e era aceito há mais de 1.400 anos. 

O astrônomo grego Aristarco de Samos ( 310  – 230 a.C. ) sugeriu que a Terra gira em torno do Sol, mas o raciocínio de Copérnico levou à aceitação geral duradoura dessa ideia revolucionária. O livro de Copérnico apresentando a teoria "De revolutionibus orbium coelestium", ("Sobre as Revoluções das Esferas Celestes") foi publicado pouco antes de sua morte em 1543 e, como agora é geralmente considerado o marco do início da astronomia moderna, também é considerado o marco do início da Revolução Científica. A nova perspectiva de Copérnico, juntamente com as observações precisas feitas por Tycho Brahe, permitiram ao astrônomo alemão Johannes Kepler (1571–1630) formular suas leis sobre o movimento planetário que permanecem em uso hoje.

GALILEU GALILEI

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   O matemático, astrônomo e físico italiano Galileu Galilei (1564–1642) foi um defensor do copernicanismo que fez inúmeras descobertas astronômicas, realizou experimentos empíricos e melhorou o telescópio. Como matemático, o papel de Galileu na cultura universitária de sua época foi subordinado aos três principais tópicos de estudo: direito , medicina e teologia, que estava intimamente ligada à filosofia. Galileu, no entanto, sentiu que o conteúdo descritivo das disciplinas técnicas justificava o interesse filosófico, particularmente porque a análise matemática das observações astronômicas, notavelmente, a análise de Copérnico dos movimentos relativos do Sol, Terra, Lua e planetas, indicava que as declarações dos filósofos sobre a natureza do universo poderiam ser demonstradas como errôneas. Galileu também realizou experimentos mecânicos, insistindo que o movimento em si, independentemente de ter sido produzido naturalmente ou artificialmente, ou seja, deliberadamente, tinha características universalmente consistentes que poderiam ser descritas matematicamente.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Os primeiros estudos de Galileu na Universidade de Pisa foram em medicina, mas ele logo foi atraído pela matemática e física. Aos 19 anos, ele descobriu e, posteriormente, verificou, a natureza isócrona do pêndulo quando, usando seu pulso, ele cronometrou as oscilações de uma lâmpada oscilante na catedral de Pisa e descobriu que ela permanecia a mesma para cada oscilação, independentemente da amplitude da oscilação. Ele logo se tornou conhecido por sua invenção de uma balança hidrostática e por seu tratado sobre o centro de gravidade de corpos sólidos. Enquanto lecionava na Universidade de Pisa (1589–1592), ele iniciou seus experimentos sobre as leis dos corpos em movimento que trouxeram resultados tão contraditórios aos ensinamentos aceitos de Aristóteles que um forte antagonismo foi despertado. Ele descobriu que os corpos não caem com velocidades proporcionais aos seus pesos. A história em que Galileu teria jogado pesos da Torre Inclinada de Pisa é apócrifa, mas ele descobriu que a trajetória de um projétil é uma parábola e é creditado com conclusões que anteciparam as leis do movimento de Newton, por exemplo, a noção de inércia. Entre elas está o que agora é chamado de relatividade galileana, a primeira declaração precisamente formulada sobre propriedades do espaço e do tempo fora da geometria tridimensional.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Galileu foi chamado de "pai da astronomia observacional moderna ",  o "pai da física moderna", o "pai da ciência", e "o pai da ciência moderna ". De acordo com Stephen Hawking, "Galileu, talvez mais do que qualquer outra pessoa, foi responsável pelo nascimento da ciência moderna." Como a ortodoxia religiosa decretou uma compreensão geocêntrica ou tychônica do sistema solar, o apoio de Galileu ao heliocentrismo provocou controvérsia e ele foi julgado pela Inquisição. Considerado "veementemente suspeito de heresia", ele foi forçado a se retratar e passou o resto de sua vida em prisão domiciliar.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   As contribuições que Galileu fez à astronomia observacional incluem a confirmação telescópica das fases de Vênus, sua descoberta, em 1609, das quatro maiores luas de Júpiter posteriormente dadas o nome coletivo de " luas galileanas ", e a observação e análise de manchas solares. Galileu também buscou ciência e tecnologia aplicadas, inventando, entre outros instrumentos, uma bússola militar. Sua descoberta das luas jovianas foi publicada em 1610 e permitiu que ele obtivesse a posição de matemático e filósofo na corte dos Médici. Como tal, esperava-se que ele se envolvesse em debates com filósofos na tradição aristotélica e recebesse um grande público para suas próprias publicações, como Discourses and Mathematical Demonstrations Concerning Two New Sciences, publicado no exterior após sua prisão pela publicação de Dialogue Concerning the Two Chief World Systems e The Assayer.  O interesse de Galileu em experimentar e formular descrições matemáticas do movimento estabeleceu a experimentação como parte integrante da filosofia natural. Esta tradição, combinada com a ênfase não matemática na coleção de "histórias experimentais" por reformistas filosóficos como William Gilbert e Francis Bacon, atraiu um número significativo de seguidores nos anos que antecederam e se seguiram à morte de Galileu, incluindo Evangelista Torricelli e os participantes da Accademia del Cimento na Itália, Marin Mersenne e Blaise Pascal na França, Christiaan Huygens na Holanda, Robert Hooke e Robert Boyle na Inglaterra.

RENÉ DESCARTES

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   O filósofo francês René Descartes (1596–1650) estava bem conectado e influente nas redes de filosofia experimental da época. Descartes tinha uma agenda mais ambiciosa, no entanto, que era voltada para substituir completamente a tradição filosófica escolástica. Questionando a realidade interpretada pelos sentidos, Descartes buscou restabelecer esquemas explicativos filosóficos reduzindo todos os fenômenos percebidos a serem atribuíveis ao movimento de um mar invisível de "corpúsculos". Notavelmente, ele reservou o pensamento humano e Deus de seu esquema, sustentando que estes eram separados do universo físico. Ao propor essa estrutura filosófica, Descartes supôs que diferentes tipos de movimento, como o dos planetas versus o dos objetos terrestres, não eram fundamentalmente diferentes, mas eram meramente manifestações diferentes de uma cadeia infinita de movimentos corpusculares obedecendo a princípios universais. Particularmente influentes foram suas explicações para os movimentos astronômicos circulares em termos do movimento de vórtice dos corpúsculos no espaço, ele argumentou, de acordo com as crenças, se não os métodos, dos escolásticos, que o vácuo não poderia existir, e sua explicação da gravidade em termos de corpúsculos empurrando objetos para baixo.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Descartes, como Galileu, estava convencido da importância da explicação matemática, e ele e seus seguidores foram figuras-chave no desenvolvimento da matemática e da geometria no século XVII. As descrições matemáticas cartesianas do movimento sustentavam que todas as formulações matemáticas tinham que ser justificáveis ​​em termos de ação física direta, uma posição mantida por Huygens e pelo filósofo alemão Gottfried Leibniz, que, seguindo a tradição cartesiana, desenvolveu sua própria alternativa filosófica à Escolástica, que ele delineou em sua obra de 1714, a Monadologia. Descartes foi apelidado de "Pai da Filosofia Moderna", e grande parte da filosofia ocidental subsequente é uma resposta aos seus escritos, que são estudados até hoje. Em particular, suas Meditações sobre a Primeira Filosofia continuam a ser um texto padrão na maioria dos departamentos de filosofia das universidades. A influência de Descartes na matemática é igualmente aparente, o sistema de coordenadas cartesiano, permitindo que equações algébricas sejam expressas como formas geométricas em um sistema de coordenadas bidimensional, foi nomeado em sua homenagem. Ele é creditado como o pai da geometria analítica, a ponte entre a álgebra e a geometria, importante para a descoberta do cálculo e da análise.

CHRISTIAAN HUYGENS

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   O físico, matemático, astrônomo e inventor holandês Christian Huygens (1629–1695) foi o principal cientista na Europa entre Galileu e Newton. Huygens veio de uma família de nobreza que tinha uma posição importante na sociedade holandesa do século XVII, uma época em que a República Holandesa floresceu econômica e culturalmente. Este período, aproximadamente entre 1588 e 1702, da história dos Países Baixos também é conhecido como a Era de Ouro Holandesa, uma era durante a Revolução Científica quando a ciência holandesa estava entre as mais aclamadas na Europa. Nessa época, intelectuais e cientistas como René Descartes, Baruch Spinoza, Pierre Bayle, Antonie van Leeuwenhoek, John Locke e Hugo Grotius residiam nos Países Baixos. Foi neste ambiente intelectual que Christiaan Huygens cresceu, o pai de Christiaan, Constantijn Huygens, foi, além de um poeta importante, o secretário e diplomata dos Príncipes de Orange. Ele conheceu muitos cientistas de sua época por causa de seus contatos e interesses intelectuais, incluindo René Descartes e Marin Mersenne, e foi por causa desses contatos que Christiaan Huygens tomou conhecimento de seu trabalho. Especialmente Descartes, cuja filosofia mecanicista teria uma grande influência no próprio trabalho de Huygens. Descartes ficou mais tarde impressionado com as habilidades que Christiaan Huygens demonstrou em geometria, assim como Mersenne, que o batizou de "o novo Arquimedes" ,o que levou Constantijn a se referir ao filho como "meu pequeno Arquimedes".

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Huygens começou sua correspondência com Marin Mersenne quando tinha 17 anos, se interessou por jogos de azar quando conheceu o trabalho de Fermat, Blaise Pascal e Girard Desargues. Foi Blaise Pascal quem o encorajou a escrever Van Rekeningh em Spelen van Gluck, que Frans van Schooten traduziu e publicou como De Ratiociniis em Ludo Aleae em 1657. O livro é o primeiro tratamento científico conhecido do assunto e, na época, a apresentação mais coerente de uma abordagem matemática para jogos de azar. Dois anos depois, Huygens derivou geometricamente as fórmulas agora padrão na mecânica clássica para a força centrípeta e centrífuga em seu trabalho De vi Centrifuga (1659). Na mesma época, a pesquisa de Huygens em relojoaria resultou na invenção do relógio de pêndulo, um avanço na cronometragem e o cronometrista mais preciso em quase 300 anos. A pesquisa teórica sobre o funcionamento do pêndulo levou eventualmente à publicação de uma de suas realizações mais importantes: o Horologium Oscillatorium. Este trabalho foi publicado em 1673 e se tornou uma das três obras mais importantes do século XVII sobre mecânica, as outras duas sendo Discursos e Demonstrações Matemáticas Relativas a Duas Novas Ciências de Galileu (1638) e Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica de Newton (1687). O Horologium Oscillatorium é o primeiro tratado moderno em que um problema físico, o movimento acelerado de um corpo em queda, é idealizado por um conjunto de parâmetros então analisados ​​matematicamente e constitui uma das obras seminais da matemática aplicada. É por esta razão que Huygens foi chamado de primeiro físico teórico e um dos fundadores da física matemática moderna. O Horologium Oscillatorium de Huygens teve uma tremenda influência na história da física, especialmente no trabalho de Isaac Newton, que admirava muito o trabalho. Por exemplo, as leis que Huygens descreveu no Horologium Oscillatorium são estruturalmente as mesmas que as duas primeiras leis do movimento de Newton.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Cinco anos após a publicação de seu Horologium Oscillatorium, Huygens descreveu sua teoria ondulatória da luz . Embora proposta em 1678, ela não foi publicada até 1690 em seu Traité de la Lumière. Sua teoria matemática da luz foi inicialmente rejeitada em favor da teoria corpuscular da luz de Newton, até que Augustin-Jean Fresnel adotou o princípio de Huygens para dar uma explicação completa dos efeitos de propagação retilínea e difração da luz em 1821. Hoje, esse princípio é conhecido como princípio de Huygens-Fresnel. Como astrônomo, Huygens começou a moer lentes com seu irmão Constantijn Jr. para construir telescópios para pesquisa astronômica. Ele foi o primeiro a identificar os anéis de Saturno como "um anel fino e plano, sem tocar em lugar nenhum e inclinado para a eclíptica", e descobriu a primeira das luas de Saturno, Titã , usando um telescópio refrator .

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Além das muitas descobertas importantes que Huygens fez na física e na astronomia, e suas invenções de dispositivos engenhosos, ele também foi o primeiro a trazer rigor matemático à descrição de fenômenos físicos. Por isso, e pelo fato de ter desenvolvido estruturas institucionais para a pesquisa científica no continente, ele tem sido referido como "o ator principal na criação da ciência na Europa "

ISAAK NEWTON

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   O final do século XVII e o início do século XVIII viram as conquistas do físico e matemático da Universidade de Cambridge, Sir Isaac Newton (1642–1727). Newton, um membro da Royal Society of England, combinou suas próprias descobertas em mecânica e astronomia com as anteriores para criar um único sistema para descrever o funcionamento do universo. Ele formulou três leis do movimento sobre a relação entre movimento e objetos e também a lei da gravitação universal, a última das quais poderia ser usada para explicar o comportamento não apenas de corpos em queda na Terra, mas também de planetas e outros corpos celestes. Para chegar a seus resultados, Newton descobriu uma forma de um ramo inteiramente novo da matemática: o cálculo, também descoberto independentemente por Gottfried Leibniz , que se tornaria uma ferramenta essencial em grande parte do desenvolvimento posterior na maioria dos ramos da física. As descobertas de Newton foram apresentadas em sua Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Princípios Matemáticos da Filosofia Natural"), cuja publicação em 1687 marcou o início do período moderno da mecânica e da astronomia.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Newton foi capaz de refutar a tradição mecânica cartesiana de que todos os movimentos deveriam ser explicados com relação à força imediata exercida pelos corpúsculos. Usando suas três leis do movimento e a lei da gravitação universal, removeu a ideia de que os objetos seguiam caminhos determinados por formas naturais e, em vez disso, demonstrou que não apenas os caminhos regularmente observados, mas todos os movimentos futuros de qualquer corpo poderiam ser deduzidos matematicamente com base no conhecimento de seu movimento existente, sua massa e as forças agindo sobre eles. No entanto, os movimentos celestes observados não se conformavam precisamente a um tratamento newtoniano, e Newton, que também estava profundamente interessado em teologia, imaginou que Deus interveio para garantir a estabilidade contínua do sistema solar.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Os princípios de Newton, mas não seus tratamentos matemáticos, provaram ser controversos com os filósofos continentais, que acharam sua falta de explicação metafísica para o movimento e a gravitação filosoficamente inaceitável. Começando por volta de 1700, uma amarga cisão se abriu entre as tradições filosóficas continental e britânica, que foram alimentadas por disputas acaloradas, contínuas e cruelmente pessoais entre os seguidores de Newton e Leibniz sobre a prioridade sobre as técnicas analíticas de cálculo, que cada um havia desenvolvido independentemente. Inicialmente, as tradições cartesiana e leibniziana prevaleceram no continente, levando ao domínio da notação de cálculo leibniziana em todos os lugares, exceto na Grã-Bretanha. O próprio Newton permaneceu privadamente perturbado com a falta de uma compreensão filosófica da gravitação, enquanto insistia em seus escritos que nenhuma era necessária para inferir sua realidade. À medida que o século XVIII avançava, os filósofos naturais continentais aceitavam cada vez mais a disposição dos newtonianos de renunciar às explicações metafísicas ontológicas para movimentos descritos matematicamente.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Newton construiu o primeiro telescópio refletor funcional e desenvolveu uma teoria da cor, publicada em Opticks, baseada na observação de que um prisma decompõe a luz branca nas muitas cores que formam o espectro visível. Enquanto Newton explicava a luz como sendo composta de pequenas partículas, uma teoria rival da luz que explicava seu comportamento em termos de ondas foi apresentada em 1690 por Christiaan Huygens. No entanto, a crença na filosofia mecanicista juntamente com a reputação de Newton significou que a teoria das ondas viu relativamente pouco apoio até o século XIX. Newton também formulou uma lei empírica de resfriamento, estudou a velocidade do som, investigou séries de potências, demonstrou o teorema binomial generalizado e desenvolveu um método para aproximar as raízes de uma função. Seu trabalho em séries infinitas foi inspirado pelos decimais de Simon Stevin. Mais importante, Newton mostrou que os movimentos dos objetos na Terra e dos corpos celestes são governados pelo mesmo conjunto de leis naturais, que não eram caprichosas nem malévolas. Ao demonstrar a consistência entre as leis de Kepler do movimento planetário e sua própria teoria da gravitação, Newton também removeu as últimas dúvidas sobre o heliocentrismo. Ao reunir todas as ideias apresentadas durante a Revolução Científica, Newton efetivamente estabeleceu a fundação para a sociedade moderna em matemática e ciência.

OUTROS RAMOS

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Outros ramos da física também receberam atenção durante o período da Revolução Científica. William Gilbert, médico da corte da Rainha Elizabeth I, publicou um trabalho importante sobre magnetismo em 1600, descrevendo como a própria Terra se comporta como um ímã gigante. Robert Boyle (1627–1691) estudou o comportamento de gases encerrados em uma câmara e formulou a lei dos gases que leva seu nome, ele também contribuiu para a fisiologia e para a fundação da química moderna. Outro fator importante na revolução científica foi o surgimento de sociedades e academias eruditas em vários países. As primeiras delas foram na Itália e na Alemanha e tiveram vida curta. Mais influentes foram a Royal Society of England (1660) e a Academy of Sciences na França (1666). A primeira era uma instituição privada em Londres e incluía cientistas como John Wallis, William Brouncker, Thomas Sydenham, John Mayow e Christopher Wren, que contribuíram não apenas para a arquitetura, mas também para a astronomia e a anatomia, esta última, em Paris, era uma instituição governamental e incluía como membro estrangeiro o holandês Huygens. No século XVIII, importantes academias reais foram estabelecidas em Berlim (1700) e em São Petersburgo (1724). As sociedades e academias forneceram as principais oportunidades para a publicação e discussão de resultados científicos durante e após a revolução científica. Em 1690, James Bernoulli mostrou que a cicloide é a solução para o problema da tautócrona, e no ano seguinte, em 1691, Johann Bernoulli mostrou que uma corrente livremente suspensa de dois pontos formará uma catenária, a curva com o menor centro de gravidade possível disponível para qualquer corrente pendurada entre dois pontos fixos. Ele então mostrou, em 1696, que a cicloide é a solução para o problema da braquistócrona.

TERMODINÂMICA

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Um precursor do motor foi projetado pelo cientista alemão Otto von Guericke que, em 1650, projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo para criar um vácuo, conforme demonstrado no experimento dos hemisférios de Magdeburg. Ele foi levado a fazer um vácuo para refutar a suposição de longa data de Aristóteles de que "a natureza abomina o vácuo". Pouco depois, o físico e químico irlandês Boyle soube dos projetos de Guericke e, em 1656, em coordenação com o cientista inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke notaram a correlação pressão-volume para um gás: PV = k , onde P é pressão, V é volume e k é uma constante: esta relação é conhecida como Lei de Boyle. Naquela época, o ar era considerado um sistema de partículas imóveis, e não interpretado como um sistema de moléculas em movimento. O conceito de movimento térmico surgiu dois séculos depois.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A publicação de Boyle em 1660 fala sobre um conceito mecânico: a mola de ar. Mais tarde, após a invenção do termômetro, a propriedade temperatura pôde ser quantificada. Esta ferramenta deu a Gay-Lussac a oportunidade de derivar sua lei, que levou logo depois à lei dos gases ideais. Mas, já antes do estabelecimento da lei dos gases ideais, um associado de Boyle chamado Denis Papin construiu em 1679 um digestor ósseo, que é um recipiente fechado com uma tampa bem ajustada que confina o vapor até que uma alta pressão seja gerada.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Projetos posteriores implementaram uma válvula de liberação de vapor para evitar que a máquina explodisse. Ao observar a válvula se mover ritmicamente para cima e para baixo, Papin concebeu a ideia de um motor de pistão e cilindro. No entanto, ele não deu continuidade ao seu projeto. No entanto, em 1697, com base nos projetos de Papin, o engenheiro Thomas Savery construiu o primeiro motor. Embora esses primeiros motores fossem rudimentares e ineficientes, eles atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Portanto, antes de 1698 e da invenção do Savery Engine, cavalos eram usados ​​para acionar polias, presas a baldes, que levantavam água de minas de sal inundadas na Inglaterra. Nos anos seguintes, mais variações de motores a vapor foram construídas, como o Newcomen Engine e, mais tarde, o Watt Engine. Com o tempo, esses primeiros motores acabariam sendo usados ​​no lugar de cavalos. Assim, cada motor começou a ser associado a uma certa quantidade de "potência de cavalo" dependendo de quantos cavalos ele havia substituído. O principal problema com esses primeiros motores era que eles eram lentos e desajeitados, convertendo menos de 2% do combustível de entrada em trabalho útil. Em outras palavras, grandes quantidades de carvão (ou madeira) tinham que ser queimadas para produzir apenas uma pequena fração do trabalho produzido. Daí nasceu a necessidade de uma nova ciência da dinâmica do motor.

A MECÂNICA CLÁSSICA

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Durante o século XVIII, a mecânica fundada por Newton foi desenvolvida por vários cientistas à medida que mais matemáticos aprendiam cálculo e elaboravam sua formulação inicial. A aplicação da análise matemática a problemas de movimento era conhecida como mecânica racional, ou matemática mista e mais tarde foi denominada mecânica clássica.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1714, Brook Taylor derivou a frequência fundamental de uma corda vibrante esticada em termos de sua tensão e massa por unidade de comprimento, resolvendo uma equação diferencial. O matemático suíço Daniel Bernoulli (1700–1782) fez importantes estudos matemáticos sobre o comportamento dos gases, antecipando a teoria cinética dos gases desenvolvida mais de um século depois, e foi referido como o primeiro físico matemático. Em 1733, Daniel Bernoulli derivou a frequência fundamental e os harmônicos de uma corrente pendurada, resolvendo uma equação diferencial. Em 1734, Bernoulli resolveu a equação diferencial para as vibrações de uma barra elástica presa em uma extremidade. O tratamento de Bernoulli da dinâmica dos fluidos e seu exame do fluxo de fluidos foram introduzidos em seu trabalho de 1738, Hydrodynamica.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A mecânica racional lidava principalmente com o desenvolvimento de tratamentos matemáticos elaborados de movimentos observados, usando princípios newtonianos como base, e enfatizava a melhoria da tratabilidade de cálculos complexos e o desenvolvimento de meios legítimos de aproximação analítica. Um livro didático contemporâneo representativo foi publicado por Johann Baptiste Horvath. No final do século, os tratamentos analíticos eram rigorosos o suficiente para verificar a estabilidade do Sistema Solar apenas com base nas leis de Newton, sem referência à intervenção divina, mesmo que os tratamentos determinísticos de sistemas tão simples quanto o problema dos três corpos na gravitação permanecessem intratáveis. Em 1705, Edmond Halley previu a periodicidade do Cometa Halley, William Herschel descobriu Urano em 1781 e Henry Cavendish mediu a constante gravitacional e determinou a massa da Terra em 1798. Em 1783, John Michell sugeriu que alguns objetos podem ser tão massivos que nem mesmo a luz poderia escapar deles.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1739, Leonhard Euler resolveu a equação diferencial ordinária para um oscilador harmônico forçado e notou o fenômeno de ressonância. Em 1742, Colin Maclaurin descobriu seus esferoides autogravitantes uniformemente rotativos. Em 1742, Benjamin Robins publicou seus New Principles in Gunnery, estabelecendo a ciência da aerodinâmica. O trabalho britânico, continuado por matemáticos como Taylor e Maclaurin, ficou para trás dos desenvolvimentos continentais à medida que o século avançava. Enquanto isso, o trabalho floresceu em academias científicas no continente, lideradas por matemáticos como Bernoulli e Euler, bem como Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace e Adrien-Marie Legendre. Em 1743, Jean le Rond d'Alembert publicou seu Traité de dynamique, no qual introduziu o conceito de forças generalizadas para sistemas de aceleração e sistemas com restrições, e aplicou a nova ideia de trabalho virtual para resolver problemas dinâmicos, agora conhecidos como princípio de D'Alembert, como um rival da segunda lei do movimento de Newton. Em 1747, Pierre Louis Maupertuis aplicou princípios mínimos à mecânica. Em 1759, Euler resolveu a equação diferencial parcial para a vibração de um tambor retangular. Em 1764, Euler examinou a equação diferencial parcial para a vibração de um tambor circular e encontrou uma das soluções da função de Bessel. Em 1776, John Smeaton publicou um artigo sobre experimentos que relacionam potência, trabalho, momento e energia cinética, e apoiando a conservação de energia. Em 1788, Lagrange apresentou suas equações de movimento em Mécanique analytique, no qual toda a mecânica foi organizada em torno do princípio do trabalho virtual. Em 1789, Antoine Lavoisier declarou a lei da conservação da massa. A mecânica racional desenvolvida no século XVIII recebeu exposições tanto no Mécanique analytique de Lagrange quanto no Traité de mécanique céleste de Laplace (1799-1825).

MÁQUINAS TÉRMICAS

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Durante o século XVIII, a termodinâmica foi desenvolvida por meio das teorias de "fluidos imponderáveis" sem peso, como calor ("calórico"), eletricidade e flogisto, que foi rapidamente derrubado como um conceito após a identificação de Lavoisier do gás oxigênio no final do século. Assumindo que esses conceitos eram fluidos reais, seu fluxo poderia ser rastreado por meio de um aparato mecânico ou reações químicas. Essa tradição de experimentação levou ao desenvolvimento de novos tipos de aparatos experimentais, como a Jarra de Leyden, e novos tipos de instrumentos de medição, como o calorímetro, e versões aprimoradas dos antigos, como o termômetro. Os experimentos também produziram novos conceitos, como a noção de calor latente do experimentador Joseph Black da Universidade de Glasgow e a caracterização do intelectual Benjamin Franklin da Filadélfia do fluido elétrico como fluindo entre locais de excesso e déficit, um conceito posteriormente reinterpretado em termos de cargas positivas e negativas. Franklin também mostrou que o raio é eletricidade em 1752.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A teoria aceita do calor no século XVIII o via como um tipo de fluido, chamado calórico, embora essa teoria tenha sido posteriormente demonstrada como errônea, vários cientistas que aderiram a ela, no entanto, fizeram descobertas importantes úteis no desenvolvimento da teoria moderna, incluindo Joseph Black (1728–1799) e Henry Cavendish (1731–1810). Oposta a essa teoria calórica, que havia sido desenvolvida principalmente pelos químicos, estava a teoria menos aceita datada da época de Newton de que o calor é devido aos movimentos das partículas de uma substância. Essa teoria mecânica ganhou apoio em 1798 dos experimentos de perfuração de canhão do Conde Rumford (Benjamin Thompson), que encontrou uma relação direta entre calor e energia mecânica.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Embora tenha sido reconhecido no início do século XVIII que encontrar teorias absolutas de força eletrostática e magnética semelhantes aos princípios de movimento de Newton seria uma conquista importante, nenhuma foi alcançada. Essa impossibilidade só desapareceu lentamente à medida que a prática experimental se tornou mais difundida e mais refinada nos primeiros anos do século XIX em lugares como a recém-criada Royal Institution em Londres. Enquanto isso, os métodos analíticos da mecânica racional começaram a ser aplicados a fenômenos experimentais, mais influentemente com o tratamento analítico do fluxo de calor do matemático francês Joseph Fourier, conforme publicado em 1822. Joseph Priestley propôs uma lei do inverso do quadrado elétrico em 1767, e Charles-Augustin de Coulomb introduziu a lei do inverso do quadrado da eletrostática em 1798. No final do século, os membros da Academia Francesa de Ciências haviam alcançado um claro domínio no campo. Ao mesmo tempo, a tradição experimental estabelecida por Galileu e seus seguidores persistiu. A Royal Society e a Academia Francesa de Ciências eram grandes centros para a realização e relato de trabalhos experimentais. Experimentos em mecânica, óptica, magnetismo, eletricidade estática, química e fisiologia não eram claramente distinguidos uns dos outros durante o século XVIII, mas diferenças significativas em esquemas explicativos e, portanto, no design de experimentos estavam surgindo. Os experimentadores químicos, por exemplo, desafiaram as tentativas de impor um esquema de forças newtonianas abstratas em afiliações químicas e, em vez disso, se concentraram no isolamento e classificação de substâncias e reações químicas.

SÉCULO XIX

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1821, William Hamilton começou sua análise da função característica de Hamilton. Em 1835, ele declarou as equações canônicas de movimento de Hamilton. Em 1813, Peter Ewart apoiou a ideia da conservação de energia em seu artigo On the measure of moving force. Em 1829, Gaspard Coriolis introduziu os termos de trabalho (força vezes distância) e energia cinética com os significados que eles têm hoje. Em 1841, Julius Robert von Mayer, um cientista amador , escreveu um artigo sobre a conservação de energia, embora sua falta de treinamento acadêmico tenha levado à sua rejeição. Em 1847, Hermann von Helmholtz declarou formalmente a lei da conservação de energia. Em 1800, Alessandro Volta inventou a bateria elétrica, conhecida como pilha voltaica, e, assim, melhorou a maneira como as correntes elétricas também poderiam ser estudadas. Um ano depois, Thomas Young demonstrou a natureza ondulatória da luz, que recebeu forte apoio experimental do trabalho de Augustin-Jean Fresnel, e o princípio da interferência. Em 1820, Hans Christian Ørsted descobriu que um condutor de corrente dá origem a uma força magnética ao seu redor, e uma semana após a descoberta de Ørsted chegar à França, André-Marie Ampère descobriu que duas correntes elétricas paralelas exercerão forças uma sobre a outra. Em 1821, Michael Faraday construiu um motor movido a eletricidade, enquanto Georg Ohm declarou sua lei da resistência elétrica em 1826, expressando a relação entre voltagem, corrente e resistência em um circuito elétrico. Em 1831, Faraday, e independentemente Joseph Henry, descobriu o efeito reverso, a produção de um potencial elétrico ou corrente através do magnetismo, conhecido como indução eletromagnética, essas duas descobertas são a base do motor elétrico e do gerador elétrico, respectivamente. No século XIX, a conexão entre calor e energia mecânica foi estabelecida quantitativamente por Julius Robert von Mayer e James Prescott Joule, que mediram o equivalente mecânico do calor na década de 1840. Em 1849, Joule publicou resultados de sua série de experimentos, incluindo o experimento da roda de pás, que mostram que o calor é uma forma de energia, um fato que foi aceito na década de 1850. A relação entre calor e energia foi importante para o desenvolvimento de motores a vapor, e em 1824 o trabalho experimental e teórico de Sadi Carnot foi publicado. Carnot capturou algumas das ideias da termodinâmica em sua discussão sobre a eficiência de um motor idealizado. O trabalho de Sadi Carnot forneceu uma base para a formulação da primeira lei da termodinâmica, uma reafirmação da lei da conservação de energia, que foi declarada por volta de 1850 por William Thomson , mais tarde conhecido como Lord Kelvin, e Rudolf Clausius. Lord Kelvin, que estendeu o conceito de zero absoluto dos gases para todas as substâncias em 1848, baseou-se na teoria de engenharia de Lazare Carnot, Sadi Carnot e Émile Clapeyron bem como na experimentação de James Prescott Joule sobre a intercambialidade de formas de trabalho mecânicas, químicas, térmicas e elétricas, para formular a primeira lei. Kelvin e Clausius também declararam a segunda lei da termodinâmica, que foi originalmente formulada em termos do fato de que o calor não flui espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente. 

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Outras formulações seguiram rapidamente, por exemplo, a segunda lei foi exposta no trabalho influente de Thomson e Peter Guthrie Tait, Tratado sobre Filosofia Natural, e Kelvin em particular entendeu algumas das implicações gerais da lei. A segunda Lei, a ideia de que os gases consistem em moléculas em movimento, foi discutida em alguns detalhes por Daniel Bernoulli em 1738, mas caiu em desuso e foi revivida por Clausius em 1857. Em 1850, Hippolyte Fizeau e Léon Foucault mediram a velocidade da luz na água e descobriram que ela é mais lenta do que no ar, em apoio ao modelo ondulatório da luz. Em 1852, Joule e Thomson demonstraram que um gás em rápida expansão esfria, mais tarde denominado efeito Joule-Thomson ou efeito Joule-Kelvin. Hermann von Helmholtz apresentou a ideia da morte térmica do universo em 1854, o mesmo ano em que Clausius estabeleceu a importância de dQ/T ( teorema de Clausius ), embora ele ainda não tenha nomeado a quantidade. Em 1859, James Clerk Maxwell descobriu a lei de distribuição das velocidades moleculares. Maxwell mostrou que os campos elétricos e magnéticos são propagados para fora de sua fonte a uma velocidade igual à da luz e que a luz é um dos vários tipos de radiação eletromagnética, diferindo apenas em frequência e comprimento de onda das outras. Em 1859, Maxwell elaborou a matemática da distribuição de velocidades das moléculas de um gás. A teoria ondulatória da luz foi amplamente aceita na época do trabalho de Maxwell sobre o campo eletromagnético e, posteriormente, o estudo da luz e o da eletricidade e do magnetismo foram intimamente relacionados. Em 1864, James Maxwell publicou seus artigos sobre uma teoria dinâmica do campo eletromagnético e afirmou que a luz é um fenômeno eletromagnético na publicação de 1873 do Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo de Maxwell. Este trabalho baseou-se no trabalho teórico de teóricos alemães como Carl Friedrich Gauss e Wilhelm Weber. O encapsulamento do calor no movimento de partículas e a adição de forças eletromagnéticas à dinâmica newtoniana estabeleceram uma base teórica enormemente robusta para observações físicas.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A previsão de que a luz representava uma transmissão de energia em forma de onda através de um "éter luminífero", e a aparente confirmação dessa previsão com a detecção de radiação eletromagnética pelo aluno de Helmholtz, Heinrich Hertz, em 1888, foi um grande triunfo para a teoria física e levantou a possibilidade de que teorias ainda mais fundamentais baseadas no campo pudessem ser desenvolvidas em breve. A confirmação experimental da teoria de Maxwell foi fornecida por Hertz, que gerou e detectou ondas elétricas em 1886 e verificou suas propriedades, ao mesmo tempo prenunciando sua aplicação em rádio, televisão e outros dispositivos. Em 1887, Heinrich Hertz descobriu o efeito fotoelétrico. A pesquisa sobre as ondas eletromagnéticas começou logo depois, com muitos cientistas e inventores conduzindo experimentos sobre suas propriedades. Em meados do final da década de 1890, Guglielmo Marconi desenvolveu um sistema de telegrafia sem fio baseado em ondas de rádio.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A teoria atômica da matéria foi proposta novamente no início do século XIX pelo químico John Dalton e se tornou uma das hipóteses da teoria cinético-molecular dos gases desenvolvida por Clausius e James Clerk Maxwell para explicar as leis da termodinâmica. A teoria cinética, por sua vez, levou a uma abordagem revolucionária da ciência, a mecânica estatística de Ludwig Boltzmann (1844–1906) e Josiah Willard Gibbs (1839–1903), que estuda as estatísticas de microestados de um sistema e usa estatísticas para determinar o estado de um sistema físico. Inter-relacionando a probabilidade estatística de certos estados de organização dessas partículas com a energia desses estados, Clausius reinterpretou a dissipação de energia como a tendência estatística de configurações moleculares de passar para estados cada vez mais prováveis ​​e cada vez mais desorganizados, cunhou o termo "entropia" para descrever a desorganização de um estado. As interpretações estatísticas versus absolutas da segunda lei da termodinâmica criaram uma disputa que duraria várias décadas, produzindo argumentos como "o demônio de Maxwell ", e que não seria considerada definitivamente resolvida até que o comportamento dos átomos fosse firmemente estabelecido no início do século XX.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1902, James Jeans descobriu a escala de comprimento necessária para que as perturbações gravitacionais cresçam em um meio estático quase homogêneo. Em 1822, o botânico Robert Brown descobriu o movimento browniano, grãos de pólen na água sofrendo movimento resultante do bombardeio de átomos ou moléculas em movimento rápido no líquido. Em 1834, Carl Jacobi descobriu seus elipsoides autogravitantes de rotação uniforme, o elipsoide de Jacobi. Em 1834, John Russell observou uma onda de água solitária não decaída, soliton, no Canal da União perto de Edimburgo e usou um tanque de água para estudar a dependência das velocidades das ondas de água solitárias na amplitude da onda e na profundidade da água. Em 1835, Gaspard Coriolis examinou teoricamente a eficiência mecânica das rodas d'água e deduziu o efeito Coriolis. Em 1842, Christian Doppler propôs o efeito Doppler. Em 1851, Léon Foucault mostrou a rotação da Terra com um enorme pêndulo, pêndulo de Foucault. Houve avanços importantes na mecânica do contínuo na primeira metade do século, nomeadamente a formulação de leis de elasticidade para sólidos e a descoberta das equações de Navier-Stokes para fluidos.

SÉCULO XX,  FÍSICA MODERNA

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   No final do século XIX, a física havia evoluído a ponto de a mecânica clássica poder lidar com problemas altamente complexos envolvendo situações macroscópicas, a termodinâmica e a teoria cinética estavam bem estabelecidas, a óptica geométrica e física podia ser entendida em termos de ondas eletromagnéticas, as leis de conservação para energia e momento e massa eram amplamente aceitas. Tão profundos eram esses e outros desenvolvimentos que era geralmente aceito que todas as leis importantes da física tinham sido descobertas e que, doravante, a pesquisa estaria preocupada em esclarecer problemas menores e, particularmente, com melhorias de método e medição. No entanto, por volta de 1900, surgiram sérias dúvidas sobre a completude das teorias clássicas, o triunfo das teorias de Maxwell, por exemplo, foi minado por inadequações que já haviam começado a aparecer, e sua incapacidade de explicar certos fenômenos físicos, como a distribuição de energia na radiação do corpo negro e o efeito fotoelétrico, enquanto algumas das formulações teóricas levaram a paradoxos quando levadas ao limite. Físicos proeminentes como Hendrik Lorentz, Emil Cohn, Ernst Wiechert e Wilhelm Wien acreditavam que alguma modificação das equações de Maxwell poderia fornecer a base para todas as leis físicas. Essas deficiências da física clássica nunca seriam resolvidas e novas ideias eram necessárias. No início do século XX, uma grande revolução abalou o mundo da física, o que levou a uma nova era, geralmente referida como física moderna.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   No século XIX, os experimentadores começaram a detectar formas inesperadas de radiação, Wilhelm Röntgen causou sensação com sua descoberta dos raios X em 1895;, em 1896, Henri Becquerel descobriu que certos tipos de matéria emitem radiação por conta própria. Em 1897, JJ Thomson descobriu o elétron, e novos elementos radioativos encontrados por Marie e Pierre Curie levantaram questões sobre o átomo supostamente indestrutível e a natureza da matéria. Marie e Pierre cunharam o termo "radioatividade" para descrever essa propriedade da matéria e isolaram os elementos radioativos rádio e polônio. Ernest Rutherford e Frederick Soddy identificaram duas das formas de radiação de Becquerel com elétrons e o elemento hélio. Rutherford identificou e nomeou dois tipos de radioatividade e, em 1911, interpretou evidências experimentais como mostrando que o átomo consiste em um núcleo denso e carregado positivamente cercado por elétrons carregados negativamente. A teoria clássica, no entanto, previu que essa estrutura deveria ser instável. A teoria clássica também falhou em explicar com sucesso dois outros resultados experimentais que apareceram no final do século XIX. Um deles foi a demonstração de Albert A. Michelson e Edward W. Morley, conhecida como o experimento Michelson-Morley, que mostrou que não parecia haver um quadro de referência preferencial, em repouso em relação ao hipotético éter luminífero, para descrever fenômenos eletromagnéticos. Estudos de radiação e decaimento radioativo continuaram a ser um foco preeminente para pesquisas físicas e químicas durante a década de 1930, quando a descoberta da fissão nuclear por Lise Meitner e Otto Frisch abriu caminho para a exploração prática do que veio a ser chamado de energia "atômica".

ALBERT EINSTEIN

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1905, o físico alemão de 26 anos chamado Albert Einstein, então um escriturário de patentes em Berna, Suíça, mostrou como as medições de tempo e espaço são afetadas pelo movimento entre um observador e o que está sendo observado. A teoria radical da relatividade de Einstein revolucionou a ciência. Embora Einstein tenha feito muitas outras contribuições importantes para a ciência, a teoria da relatividade sozinha representa uma das maiores conquistas intelectuais de todos os tempos. Embora o conceito de relatividade não tenha sido introduzido por Einstein, ele reconheceu que a velocidade da luz no vácuo é constante, ou seja, a mesma para todos os observadores, e um limite superior absoluto para a velocidade. Isso não afeta a vida cotidiana de uma pessoa, pois a maioria dos objetos viaja a velocidades muito mais lentas do que a velocidade da luz. Para objetos viajando perto da velocidade da luz, no entanto, a teoria da relatividade mostra que os relógios associados a esses objetos funcionarão mais lentamente e que os objetos encurtam em comprimento de acordo com as medições de um observador na Terra. Einstein também derivou a equação, E=mc^2, que expressa a equivalência de massa e energia, argumentou que a velocidade da luz era uma constante em todos os referenciais inerciais e que as leis eletromagnéticas deveriam permanecer válidas independentemente do referencial, afirmações que tornavam o éter "supérfluo" para a teoria física, e que sustentavam que as observações de tempo e comprimento variavam em relação a como o observador estava se movendo em relação ao objeto sendo medido, o que veio a ser chamado de " teoria especial da relatividade ". Também se seguiu que massa e energia eram quantidades intercambiáveis ​​de acordo com a equação E=mc^2. Em outro artigo publicado no mesmo ano, Einstein afirmou que a radiação eletromagnética era transmitida em quantidades discretas "quanta", de acordo com uma constante que o físico teórico Max Planck havia postulado em 1900 para chegar a uma teoria precisa para a distribuição da radiação do corpo negro, uma suposição que explicava as estranhas propriedades do efeito fotoelétrico.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A teoria especial da relatividade é uma formulação da relação entre observações físicas e os conceitos de espaço e tempo. A teoria surgiu de contradições entre eletromagnetismo e mecânica newtoniana e teve grande impacto em ambas as áreas. A questão histórica original era se era significativo discutir o "éter" portador de ondas eletromagnéticas e o movimento relativo a ele e também se alguém poderia detectar tal movimento, como foi tentado sem sucesso no experimento Michelson-Morley. Einstein demoliu essas questões e o conceito de éter em sua teoria especial da relatividade. No entanto, sua formulação básica não envolve teoria eletromagnética detalhada. Ela surge da pergunta: "O que é tempo?" Newton, no Principia (1686), deu uma resposta inequívoca: "Tempo absoluto, verdadeiro e matemático, por si só e por sua própria natureza, flui uniformemente sem relação com nada externo, e por outro nome é chamado de duração." Esta definição é básica para toda a física clássica, Einstein teve o gênio de questioná-lo, e descobriu que ele era incompleto. Em vez disso, cada "observador" necessariamente faz uso de sua própria escala de tempo, e para dois observadores em movimento relativo, suas escalas de tempo serão diferentes. Isso induz um efeito relacionado nas medições de posição. Espaço e tempo tornam-se conceitos interligados, fundamentalmente dependentes do observador. Cada observador preside sua própria estrutura de espaço-tempo ou sistema de coordenadas. Não havendo uma estrutura de referência absoluta, todos os observadores de eventos dados fazem medições diferentes, mas igualmente válidas e reconciliáveis. O que permanece absoluto é declarado no postulado da relatividade de Einstein: "As leis básicas da física são idênticas para dois observadores que têm uma velocidade relativa constante em relação um ao outro."

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A relatividade especial teve um efeito profundo na física: começou como uma reformulação da teoria do eletromagnetismo, ela encontrou uma nova lei de simetria da natureza, agora chamada de simetria de Poincaré, que substituiu a antiga simetria galileana. A relatividade especial exerceu outro efeito duradouro na dinâmica. Embora inicialmente tenha sido creditada com a "unificação de massa e energia", tornou-se evidente que a dinâmica relativística estabeleceu uma distinção firme entre massa de repouso , que é uma propriedade invariante, independente do observador, de uma partícula ou sistema de partículas, e a energia e o momento de um sistema. Os dois últimos são conservados separadamente em todas as situações, mas não são invariantes em relação a diferentes observadores. O termo massa na física de partículas passou por uma mudança semântica e, desde o final do século XX, denota quase exclusivamente a massa de repouso ou invariante. Em 1916, Einstein conseguiu generalizar isso ainda mais, para lidar com todos os estados de movimento, incluindo aceleração não uniforme, que se tornou a teoria geral da relatividade. Nessa teoria, Einstein também especificou um novo conceito, a curvatura do espaço-tempo, que descrevia o efeito gravitacional em cada ponto do espaço. Na verdade, a curvatura do espaço-tempo substituiu completamente a lei universal da gravitação de Newton. De acordo com Einstein, a força gravitacional no sentido normal é um tipo de ilusão causada pela geometria do espaço. A presença de uma massa causa uma curvatura do espaço-tempo na vizinhança da massa, e essa curvatura dita o caminho do espaço-tempo que todos os objetos em movimento livre devem seguir. Também foi previsto a partir dessa teoria que a luz deveria estar sujeita à gravidade, tudo isso foi verificado experimentalmente. Esse aspecto da relatividade explicou os fenômenos da luz se curvando ao redor do sol, previu buracos negros, bem como propriedades da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, uma descoberta que apresenta anomalias fundamentais na hipótese clássica do estado estacionário. Por seu trabalho sobre relatividade, efeito fotoelétrico e radiação de corpo negro, Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1921.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A aceitação gradual das teorias da relatividade de Einstein e da natureza quantizada da transmissão de luz, e do modelo do átomo de Niels Bohr criaram tantos problemas quanto resolveram, levando a um esforço em larga escala para restabelecer a física em novos princípios fundamentais. Expandindo a relatividade para casos de quadros de referência acelerados, a "teoria geral da relatividade", na década de 1910, Einstein postulou uma equivalência entre a força inercial da aceleração e a força da gravidade, levando à conclusão de que o espaço é curvo e finito em tamanho, e à previsão de fenômenos como lentes gravitacionais e a distorção do tempo em campos gravitacionais.

MECÂNICA QUÂNTICA

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Embora a relatividade tenha resolvido o conflito dos fenômenos eletromagnéticos demonstrado por Michelson e Morley, um segundo problema teórico foi a explicação da distribuição da radiação eletromagnética emitida por um corpo negro, o experimento mostrou que em comprimentos de onda mais curtos, em direção à extremidade ultravioleta do espectro, a energia se aproximava de zero, mas a teoria clássica previu que ela deveria se tornar infinita. Essa discrepância gritante, conhecida como catástrofe ultravioleta, foi resolvida pela nova teoria da mecânica quântica. A mecânica quântica é a teoria dos átomos e sistemas subatômicos. Aproximadamente os primeiros 30 anos do século XX representam o tempo da concepção e evolução da teoria. As ideias básicas da teoria quântica foram introduzidas em 1900 por Max Planck (1858–1947), que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1918 por sua descoberta da natureza quantificada da energia. A teoria quântica, que anteriormente se baseava na "correspondência" em grandes escalas entre o mundo quantizado do átomo e as continuidades do mundo "clássico", foi aceita quando o Efeito Compton estabeleceu que a luz carrega momento e pode espalhar partículas, e quando Louis de Broglie afirmou que a matéria pode ser vista se comportando como uma onda da mesma forma que as ondas eletromagnéticas se comportam como partículas (dualidade onda-partícula). 

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Em 1905, Einstein usou a teoria quântica para explicar o efeito fotoelétrico, e em 1913 o físico dinamarquês Niels Bohr usou a mesma constante para explicar a estabilidade do átomo de Rutherford, bem como as frequências de luz emitidas pelo gás hidrogênio. A teoria quantizada do átomo deu lugar a uma mecânica quântica em grande escala na década de 1920. Novos princípios de uma mecânica "quântica" em vez de uma mecânica "clássica", formulados em forma de matriz por Werner Heisenberg, Max Born e Pascual Jordan em 1925, foram baseados na relação probabilística entre "estados" discretos e negaram a possibilidade de causalidade. A mecânica quântica foi amplamente desenvolvida por Heisenberg, Wolfgang Pauli, Paul Dirac e Erwin Schrödinger, que estabeleceram uma teoria equivalente baseada em ondas em 1926, mas o "princípio da incerteza" de Heisenberg de 1927, indicando a impossibilidade de medir precisamente e simultaneamente a posição e o momento, e a "interpretação de Copenhague" da mecânica quântica, nomeada em homenagem à cidade natal de Bohr, continuaram a negar a possibilidade de causalidade fundamental, embora oponentes como Einstein afirmassem metaforicamente que "Deus não joga dados com o universo".

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A nova mecânica quântica tornou-se uma ferramenta indispensável na investigação e explicação de fenômenos no nível atômico. Também na década de 1920, o trabalho do cientista indiano Satyendra Nath Bose sobre fótons e mecânica quântica forneceu a base para a estatística de Bose-Einstein , a teoria do condensado de Bose-Einstein. O teorema spin-estatística estabeleceu que qualquer partícula na mecânica quântica pode ser um bóson, estatisticamente Bose-Einstein, ou um férmion, estatisticamente Fermi-Dirac. Mais tarde, descobriu-se que todos os bósons fundamentais transmitem forças, como o fóton que transmite eletromagnetismo.

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Férmions são partículas "como elétrons e núcleons" e são os constituintes usuais da matéria. Estatísticas de Fermi-Dirac mais tarde encontraram vários outros usos, da astrofísica ao design de semicondutores. À medida que os filosoficamente inclinados continuaram a debater a natureza fundamental do universo, as teorias quânticas continuaram a ser produzidas, começando com a formulação de Paul Dirac de uma teoria quântica relativística em 1928. No entanto, as tentativas de quantizar a teoria eletromagnética inteiramente foram frustradas ao longo da década de 1930 por formulações teóricas que produziam energias infinitas. Esta situação não foi considerada adequadamente resolvida até depois do fim da Segunda Guerra Mundial, quando Julian Schwinger, Richard Feynman e Sin-Itiro Tomonaga postularam independentemente a técnica de renormalização, que permitiu o estabelecimento de uma eletrodinâmica quântica robusta (EDQ).

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Enquanto isso, novas teorias de partículas fundamentais proliferaram com o surgimento da ideia da quantização de campos por meio de "forças de troca" reguladas por uma troca de partículas "virtuais" de curta duração, que foram autorizadas a existir de acordo com as leis que governam as incertezas inerentes ao mundo quântico. Notavelmente, Hideki Yukawa propôs que as cargas positivas do núcleo eram mantidas juntas por cortesia de uma força poderosa, mas de curto alcance, mediada por uma partícula com uma massa entre a do elétron e a do próton . Esta partícula, o "píon", foi identificada em 1947 como parte do que se tornou uma série de partículas descobertas após a Segunda Guerra Mundial. Inicialmente, tais partículas foram encontradas como radiação ionizante deixada por raios cósmicos, mas cada vez mais passaram a ser produzidas em aceleradores de partículas mais novos e poderosos. Fora da física de partículas, os avanços significativos da época foram: a invenção do laser (Prêmio Nobel de Física de 1964), a pesquisa teórica e experimental da supercondutividade, especialmente a invenção de uma teoria quântica da supercondutividade por Vitaly Ginzburg e Lev Landau (Prêmio Nobel de Física de 1962) e, mais tarde, sua explicação via pares de Cooper (Prêmio Nobel de Física de 1972). O par de Cooper foi um exemplo inicial de quasipartículas .

COSMOLOGIA

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Einstein considerou que todas as interações fundamentais na natureza podem ser explicadas em uma única teoria. Teorias de campo unificadas foram inúmeras tentativas de "fundir" várias interações. Uma das muitas formulações de tais teorias, assim como teorias de campo em geral, é uma teoria de gauge, a generalização da ideia de simetria. Eventualmente, o Modelo Padrão teve sucesso na unificação de interações fortes, fracas e eletromagnéticas. Todas as tentativas de unificar a gravitação com outra coisa falharam. Quando a paridade foi quebrada em interações fracas por Chien-Shiung Wu em seu experimento, uma série de descobertas foram criadas a partir de então.  A interação dessas partículas por espalhamento e decaimento forneceu uma chave para novas teorias quânticas fundamentais. Murray Gell-Mann e Yuval Ne'eman trouxeram alguma ordem a essas novas partículas ao classificá-las de acordo com certas qualidades, começando com o que Gell-Mann chamou de "Caminho Óctuplo". Embora seu desenvolvimento posterior, o modelo de quark, a princípio parecesse inadequado para descrever forças nucleares fortes, permitindo o surgimento temporário de teorias concorrentes como a Matriz S, o estabelecimento da cromodinâmica quântica na década de 1970 finalizou um conjunto de partículas fundamentais e de troca, que permitiu o estabelecimento de um "modelo padrão" baseado na matemática da invariância de calibre, que descreveu com sucesso todas as forças, exceto a gravitação, e que permanece geralmente aceito em seu domínio de aplicação.  

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   O Modelo Padrão, baseado na teoria de Yang-Mills agrupa a teoria da interação eletrofraca e a cromodinâmica quântica em uma estrutura denotada pelo grupo de calibre SU(3)×SU(2)×U(1). A formulação da unificação das interações eletromagnéticas e fracas no modelo padrão deve-se a Abdus Salam, Steven Weinberg e, posteriormente, Sheldon Glashow. A teoria eletrofraca foi posteriormente confirmada experimentalmente, pela observação de correntes neutras fracas, e distinguida pelo Prêmio Nobel de Física de 1979. Desde a década de 1970, a física de partículas fundamental tem fornecido insights sobre a cosmologia do universo primitivo, particularmente a teoria do Big Bang proposta como consequência da teoria geral da relatividade de Einstein. No entanto, a partir da década de 1990, observações astronômicas também forneceram novos desafios, como a necessidade de novas explicações sobre a estabilidade galáctica "matéria escura" e a aparente aceleração na expansão do universo "energia escura". 

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Embora os aceleradores tenham confirmado a maioria dos aspectos do Modelo Padrão ao detectar interações esperadas de partículas em várias energias de colisão, nenhuma teoria que reconcilie a relatividade geral com o Modelo Padrão foi encontrada ainda, embora a supersimetria e a teoria das cordas fossem consideradas por muitos teóricos como um caminho promissor para o futuro. O Grande Colisor de Hádrons, no entanto, que começou a operar em 2008, não conseguiu encontrar nenhuma evidência que apoiasse a supersimetria e a teoria das cordas. Pode-se dizer que a cosmologia se tornou uma questão de pesquisa séria com a publicação da Teoria Geral da Relatividade de Einstein em 1915, embora não tenha entrado no mainstream científico até o período conhecido como " Era de Ouro da Relatividade Geral ".

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   No que foi apelidado de "Grande Debate", Hubble e Slipher descobriram a expansão do universo na década de 1920 medindo os desvios para o vermelho dos espectros Doppler de nebulosas galácticas. Usando a relatividade geral de Einstein, Lemaître e Gamow formularam o que se tornaria conhecido como a teoria do big bang. Uma rival, chamada teoria do estado estacionário , foi concebida por Hoyle , Gold , Narlikar e Bondi. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi verificada na década de 1960 por Penzias e Wilson, e essa descoberta favoreceu o big bang em detrimento do cenário de estado estacionário. Trabalhos posteriores foram feitos por Smoot et al (1989), entre outros colaboradores, usando dados dos satélites Cosmic Background Explorer (CoBE) e Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) que refinaram essas observações. 

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   A década de 1980, a mesma década das medições do COBE, também viu a proposta da teoria da inflação por Alan Guth. Recentemente, os problemas da matéria escura e da energia escura subiram ao topo da agenda cosmológica. Em 4 de julho de 2012, físicos trabalhando no Grande Colisor de Hádrons do CERN anunciaram que tinham descoberto uma nova partícula subatômica muito parecida com o bóson de Higgs, uma chave potencial para entender por que as partículas elementares têm massa e, de fato, para a existência de diversidade e vida no universo. Por enquanto, alguns físicos estão chamando-a de partícula "semelhante ao Higgs".

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Joe Incandela , da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, disse: "É algo que pode, no final, ser uma das maiores observações de qualquer novo fenômeno em nosso campo nos últimos 30 ou 40 anos, remontando à descoberta dos quarks, por exemplo." Michael Turner, cosmologista da Universidade de Chicago e presidente do conselho do centro de física, disse: "Este é um grande momento para a física de partículas e uma encruzilhada, será este o ponto alto ou será a primeira de muitas descobertas que nos levarão a resolver as grandes questões que colocamos?"

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Peter Higgs foi um dos seis físicos, trabalhando em três grupos independentes, que, em 1964, inventaram a noção do campo de Higgs ou "melaço cósmico". Os outros foram Tom Kibble do Imperial College, Londres; Carl Hagen da Universidade de Rochester; Gerald Guralnik da Universidade Brown; e François Englert e Robert Brout, ambos da Université libre de Bruxelles. Embora nunca tenham sido vistos, os campos semelhantes ao de Higgs desempenham um papel importante nas teorias do universo e na teoria das cordas. Sob certas condições, de acordo com a estranha contabilidade da física einsteiniana, eles podem se tornar impregnados de energia que exerce uma força antigravitacional. Tais campos foram propostos como a fonte de uma enorme explosão de expansão, conhecida como inflação, no início do universo e, possivelmente, como o segredo da energia escura que agora parece estar acelerando a expansão do universo. 

©PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD   Com o aumento da acessibilidade e elaboração de técnicas analíticas avançadas no século XIX, a física foi definida tanto, se não mais, por essas técnicas do que pela busca por princípios universais de movimento e energia, e a natureza fundamental da matéria. Campos como acústica , geofísica , astrofísica , aerodinâmica , física de plasma , física de baixa temperatura e física do estado sólido se juntaram à óptica, dinâmica de fluidos, eletromagnetismo e mecânica como áreas de pesquisa física. No século XX, a física também se tornou intimamente aliada a campos como engenharia elétrica, aeroespacial e de materiais, e os físicos começaram a trabalhar em laboratórios governamentais e industriais tanto quanto em ambientes acadêmicos. Após a Segunda Guerra Mundial, a população de físicos aumentou dramaticamente e passou a se concentrar nos Estados Unidos, enquanto, em décadas mais recentes, a física se tornou uma busca mais internacional do que em qualquer outro momento de sua história anterior.

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fessor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira  Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.