A Importância Da Ciência De Base

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 “O tempo nos dirá. Temos um início agora; os desenvolvimentos virão com o tempo.”

—Wilhelm Conrad Röntgen, The New Marvel in Photography (1896)

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As primeiras experiências de descargas elétricas feitas no vácuo (ou quase) foram feitas pelo alemão Heinrich Geissler (1814-1879), especialista em vácuo e vidro. Estudo esse, que chamou a atenção do físico britânico Michael Faraday. Faraday procurava estudar a relação entre a condução elétrica em um gás, com a pressão dentro da ampola. Faraday obtinha uma pequena luz proveniente da descarga elétrica no gás e verificou a existência de uma secção escura no tubo, hoje chamada de Faraday “Dark Space”.

    Faraday observou variações no espectro (cores) emitido a depender do gás utilizado e o tipo do eletrodo, o que viria a ser muito importante na espectrometria, permitindo a caracterização de materiais a partir da luz emitida. 

Faraday "Dark Space" no centro.

                                                                                                    

    Estudos posteriores pelo físico alemão Heinrich Geissler (1814-1879), os levaram a construir tubos com gás residual no seu interior dotados de elétrodos de fio de platina (ânodo e cátodo). Quando era aplicada uma tensão positiva entre ânodo e cátodo (cátodo frio), o tubo gerava uma luz a partir do gás ionizado. Geissler variou os níveis de tensão entre os eletrodos e observou os efeitos na luz emitida.

    Julius Plücker, que pesquisava juntamente com Geissler e Johann Hittorf, demonstrou que, ao aplicar tensões muito elevadas e utilizar cátodos frios, o gás se ioniza, e é possível observar a formação de um feixe de partículas que se move em linha reta.

    Em 1876, Eugen Goldstein (1850-1930) batiza os estranhos feixes de partículas por Raios Catódicos. Goldstein identifica que os raios eram emitidos perpendicularmente a uma superfície metálica e que transportavam energia. 

    Em 1890, Arthur Schuster (1851-1934) mostrou que os raios catódicos podiam ser desviados por um campo elétrico e William Crooks (1832-1919) mostrou que os raios podiam ser desviados por um campo magnético, focando seus estudos no comportamento dos espectros formados.

Raios catódicos sendo defletidos por um campo magnético como proposto por Krookes.

              

               

    Baseados nas pesquisas de Crookes, Heinrich Rudolf Hertz e a Philipp Eduard Anton von Lenard assistente de Hertz, deram passos importantes para os estudos do comportamento dos raios catódicos na época.

    Graças a esses pesquisadores, e a muitos outros, o conhecimento científico eventualmente levou à tubo de Crookes, que desempenhou um papel crucial no trabalho do físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen vinte anos depois.

    Em 1895, Röntgen começou a trabalhar com o tubo de Crookes em seu pequeno laboratório localizado na atual universidade de ciências aplicadas de Würzburg. Como dito anteriormente, consistiam em tubos de vidro cuidadosamente esvaziados, em cujo interior, em extremidades opostas, colocavam-se duas pequenas lâminas. Essas lâminas eram ligadas aos polos de um gerador de alta tensão. Estabelecida a passagem de corrente, obtinha-se no tubo a emissão de radiação luminosa: era uma espécie de luminescência que parecia emanar do ar rarefeito que permanecia dentro do tubo. As experiências eram feitas em laboratórios escuros, o que permitia melhor análise das fracas radiações produzidas no tubo. 

Certo dia, com o objetivo de realizar certa experiência, Roentgen envolveu um tubo com um anteparo negro. Casualmente, sobre uma mesa próxima havia uma tela de papel impregnada de platinocianeto de bário em uma das faces. A cada descarga do tubo, a tela se iluminava com uma luz esverdeada. E a produção do fenômeno se verificava, quer quando a face impregnada estava voltada para o tubo, quer quando isso ocorria com a superfície oposta. 

    Röntgen chegou à conclusão de que a tela era atingida por uma radiação invisível, capaz de transpor o obstáculo representado pelo anteparo negro. Certamente deveria ser uma radiação "diferente," uma vez que o anteparo era opaco até em relação às radiações ultravioletas. 

    Durante as semanas sucessivas, Röntgen dedicou-se exclusivamente à identificação de outras propriedades da recém-descoberta radiação. Em vista da incerteza que nutria quanto à sua natureza, deu-lhe o nome de raios X. Pouco depois, Kolliker, professor em Würzburg, denominou-a raios Röntgen. 

    As experiências foram se intensificando. Evidentemente, a estranha radiação provinha do tubo de vácuo elevado. Röntgen pensou então em colocar um livro entre o anteparo e a fonte de radiação. Com surpresa, verificou que o objeto projetava no anteparo apenas uma sombra leve, indício de que os raios X conseguiam atravessá-lo.

    Depois, experimentou colocar como obstáculo, sua propria mão: esta também mostrou-se transparente, com exceção dos ossos, que ressaltaram na sombra. Finalmente, tentou interpor uma chapa fotográfica, que ficou impressionada mas revelou a presença dos dedos do experimentador, que a segurava por uma das pontas. Esta sombra também era diferente da projetada pela luz comum: era como se os dedos fossem, ao menos em parte, transparentes. 

    Em 22 de dezembro de 1895, Roentgen obteve a primeira chapa radiográfica da história: a mão de sua mulher. 

Raio X da mão da esposa de Röntgen.

                                              

    A fotografia obtida confirmou tratar-se de uma nova forma de radiação, que apresentava a propriedade de atravessar os corpos opacos e que só podia ser detida por substâncias de elevada massa atômica (chumbo e platina, por exemplo).

    Atualmente, devido à disseminação da tecnologia médica e aos diferentes níveis de assistência à saúde entre os países, é provável que centenas de milhares de raios X sejam realizados mundialmente a cada dia. Em algumas estimativas, o número global pode ultrapassar 1 milhão de exames de raios X por dia.

   Há muitas histórias semelhantes à mencionada acima — descobertas revolucionárias como os raios X, que se tornaram possíveis graças a uma longa linhagem de 'agricultores' científicos que cultivaram o campo do conhecimento, deixando, a cada geração, o terreno preparado para a próxima colher os frutos.

    Como afirmou Isaac Newton em uma de suas cartas a Robert Hooke:

"Se vi mais longe, foi por estar sobre os ombros de gigantes."

    As ciências básicas são responsáveis por explorar e expandir as fronteiras do conhecimento científico. Em função de sua natureza, elas buscam aprofundar nossa compreensão sobre os fenômenos naturais, a matemática e as ciências humanas. Além disso, geram descobertas que abrem novas possibilidades e métodos para o estudo da natureza e da sociedade, ao mesmo tempo em que promovem a aplicação prática desses conhecimentos. Esse processo, por sua vez, contribui para o enriquecimento educacional, cultural e intelectual da humanidade, fornecendo a base científica essencial para diversas atividades humanas.

Kepler, o último astrólogo científico e o primeiro astrofísico

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"Podemos entender os pensamentos de Deus após ele os criá-los"

— Johannes Kepler

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For over a thousand years, the sciences of classical antiquity had been silenced. But by the late Middle

    As ciências da antiguidade clássica tinham sido silenciadas por mais de mil anos, mas no final da Idade Média alguns ecos débeis destas vozes, preservados pelos estudiosos árabes, começaram a se insinuar no currículo educacional europeu.

    Johannes Kepler nasceu na Alemanha em 1571 d.C e foi enviado a um seminário protestante na cidade provincial de Maulbronn ainda menino para vir a ser um clérigo. Com o seu amadurecimento, Deus tornou-se para ele mais do que uma fúria divina, objeto de súplicas. O Deus de Kepler era o poder criador do universo. A curiosidade do menino conquistou o medo. Desejou aprender a origem e o fim do mundo; ousou contemplar a mente de Deus.

    Em Maulbronn, Kepler ouviu suas reverberações, estudando, além de teologia, grego e latim, música e matemática. Na geometria de Euclides pensou ter vislumbrado uma imagem da perfeição e glória de Deus. Mais tarde, escreveu: "A Geometria existiu antes da Criação. É co-eterna com a mente de Deus... A Geometria forneceu a Deus um modelo para a Criação... A Geometria é o próprio Deus".  

    Kepler pensou: "Se o mundo tinha sido criado por Deus, não deveria ser examinado com muito cuidado? Não era toda a criação uma expressão da harmonia na mente de Deus?". Com essas perguntas, o livro da natureza começou a ser lido novamente, não só por Kepler, mas também por muitos outros cientistas. Isso representou o renascimento científico na Europa, após um hiato de milhares de anos.

    Naquela época, acreditava-se que que existiam 6 planetas, Kepler extremamente religioso, dizia que eles orbitavam em distâncias iguais as 5 formas geométricas perfeitas de Pitágoras. Pois essa era, em sua visão, a forma mais bela de representar a criação divina.

    Thycho Brahe, astrônomo observador da época, com o catálogo mais completo do movimento celeste, era o responsável pelas observações utilizadas por Kepler em seus cálculos. A união do melhor astrônomo da época, com o exímio teórico matemático que Kepler era, foi o início de uma parceria que culminou em modelos matemáticos que utilizamos até hoje para cálculos orbitais.

    Inicialmente, Kepler não aceitava os dados astronômicos da época, pois os mesmos não se encaixavam com seus modelos das formas perfeitas, o seu modelo desejado. Mesmo após a descoberta das luas galileanas, mostrando que outros mundos orbitam Júpiter, tirando ainda mais o protagonismo da Terra. Observação essa, feita por Galileu, que firmou ainda mais a incompatibilidade dos modelos matemáticos de Kepler com os dados observacionais. Kepler no entanto, era relutante em deixar de lado o cosmos perfeito, a teoria perfeita da criação divina. Em certo ponto da sua vida, Kepler se sentiu lisonjeado em ser o ser humano escolhido para entender a forma de pensar divina.

    Com o passar do tempo, Kepler começou a observar imperfeições na terra, imperfeições na sociedade, e consigo mesmo pensou: "Se os planetas são imperfeitos, por que não também suas órbitas?". Essa fagulha nos pensamentos de Kepler, fez com que a humanidade mudasse para sempre.

    Tentou várias curvas-ovais, calculou, cometeu alguns erros aritméticos (que o levou, a princípio, a rejeitar a resposta certa) e meses mais tarde, em desespero, tentou a fórmula de uma elipse, codificada pela primeira vez na biblioteca de Alexandria por Apolônio de Perga. Descobriu que se ajustava maravilhosamente às observações de Tycho: "A verdade da natureza, que rejeitei e desviei, retornou às escondidas pela porta dos fundos, distinguindo-se para ser aceita...  Ah, que bobo tenho sido!"

    Essa foi a primeira explicação não-mística do movimento nos céus, e colocou a Terra como uma província do universo. "Astronomia", disse, "é parte da física". Kepler é um marco na história: o último astrólogo científico foi o primeiro astrofísico. 

    O que mais impressiona na história de Kepler, é a sua coragem científica, preferiu a dura verdade às suas meigas e tão desejadas ilusões. Colhemos frutos diariamente devido a esse ato, quando enviamos naves e sondas espaciais aos planetas, quando observamos estrelas duplas, quando examinamos o movimento de galáxias distantes, descobrimos que no universo as leis de Kepler são obedecidas.

A Ciência Como Uma Vela No Escuro

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Aristarco de Samos  (310 a.C. - 230 a.C.) encontrou um livro que consiste de algumas hipóteses nas quais as premissas levam à conclusão de que o universo é muitas vezes maior do que o atualmente reconhecido. Suas hipóteses são de que as estrelas fixas e o Sol não se movem, que a Terra gira em torno do Sol na circunferência de um círculo, o Sol repousando no meio da órbita. 

—Arquimedes, O Calculista do Tempo.

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Por milhares de anos, a humanidade foi obscurecida por respostas simples a temas complexos. Por que não choveu nessa colheita? Por que o rio secou? Por que o solo não dá mais frutos? Por que ficamos doentes? Simples: o universo é uma marionete cujos cordões são movidos por deuses ou deusas, invisíveis e impossíveis de serem compreendidos em toda sua magnitude.

    Porém, há 2.500 anos houve um glorioso despertar em Jônia: em Samos e outras colônias gregas próximas que cresciam entre ilhas e enseadas do leste movimentado do mar Egeu. Repetidamente surgiram pessoas que acreditavam que tudo era feito de átomos; os seres humanos e os outros animais tinham surgido de formas mais simples, que as doenças não eram causadas por demônios ou deuses, que a Terra era somente um planeta girando em torno do Sol, e que as estrelas estavam muito, mas muito longe.

    Esta revolução fez surgir do incompreensível, a ciência. O universo é compreensível, argumentavam os antigos jônicos, porque apresenta uma ordem interna: há regularidades na natureza que permitem que os seus segredos sejam desvendados.

    O primeiro cientista jônico foi Tales, de Mileto,  que provou teoremas de geometria, demonstrado evitando sua árdua análise por Euclides três séculos depois — por exemplo, a proposição que os ângulos da base de um triângulo isósceles são iguais — . Há uma clara continuidade do esforço intelectual de Tales e Euclides por Isaac Newton, 2 mil anos depois, evento que acelerou a ciência e a tecnologia modernas.

    Anaximandro de Mileto era amigo e colega de Tales, foi a primeira pessoa na Grécia a fazer um relógio de sol; Argumentava que somos tão desamparados ao nascer, que se os primeiros bebês fossem colocados no mundo e deixados a sós, talvez morressem de imediato. Partindo daí, Anaximandro concluía que os seres humanos surgiram de outros animais com recém-nascidos mais capazes.  Mais de 2 mil anos antes da teoria evolutiva por Darwin-Wallace, propôs a geração espontânea da vida na lama, os primeiros animais tendo sido peixes cobertos por espinhos. Alguns descendentes desses peixes abandonaram eventualmente a água e dirigiram-se para a terra seca, onde evoluíram em outros animais por transmutação de um tipo para outro.

    Cuvier (1798 d.C.) estabeleceu a extinção como um fato que qualquer futura teoria científica da vida deveria explicar. No entanto, Empédocles, que prosperou em torno do ano 450 a.C., acreditava que a luz se deslocava com muita rapidez, mas não infinitamente rápido. Ensinava que tinha existido uma grande variedade de seres na Terra, mas que muitas raças de seres "foram incapazes de procriar e dar continuação à sua espécie". 

    Em uma época que ninguém tinha ouvido falar em crateras de impacto, Demócrito (460 a.C.) pensava que os mundos colidiam ocasionalmente; acreditava que alguns mundos vagavam sozinhos na escuridão do espaço, enquanto outros eram acompanhados de vários sóis e luas; que alguns mundos eram habitados, e outros não tinham plantas, animais e sequer água; que as formas mais simples de vida surgiram de um tipo de lama primitiva. Precedendo John Dalton por mais de 2 mil anos, Demócrito inventou a palavra átomo, correspondente grego para "incapaz de ser partido". Os átomos eram as últimas partículas, frustrando para sempre as nossas tentativas de parti-las em pedaços menores. Tudo, dizia ele, é uma coleção de átomos, intrincadamente reunida. Até nós. "Nada existe, a não ser átomos e o vácuo."

    Em um exercício Demócrito imaginou o cálculo do volume de um cone ou de uma pirâmide por um grande número de placas marcadas, extremamente pequenas, que vão diminuindo de tamanho da base para o ápice. Ele expôs o problema que, em matemática, é chamado de teoria dos limites. Estava batendo à porta do cálculo diferencial e integrai, a ferramenta fundamental na compreensão do mundo que não era, até onde sabemos através de registros que nos chegaram, realmente descoberto até Isaac Newton. Talvez se o trabalho de Demócrito não tivesse sido inteiramente destruído, tivesse havido cálculo na época de Cristo. 

    A influência jônica e o método experimental espalharam-se pela Grécia, Itália e Sicília. Entretanto, em sua época, a breve tradição de tolerância pelas visões não convencionais começaram a desgastar-se e depois a romper-se. As pessoas começaram a ser punidas por expor ideias diferentes. Seus conhecimentos foram suprimidos, sua influência na história, diminuída. Os místicos estavam começando a vencer.

    Os grandes cientistas, de Tales a Demócrito e Anaxágoras, foram geralmente descritos nos livros de filosofia ou de história como pré-socráticos, como se a sua principal função tivesse sido sustentar a essência filosófica até Sócrates, Platão e Aristóteles, e talvez influenciá-los um pouco. Ao invés disto, os jônicos antigos representam uma tradição diferente e bem contraditória, encontrando-se em um aspecto de acordo com a ciência moderna. Pela sua influência ter sido poderosa somente por dois ou três séculos, houve uma perda irreparável para todos os seres humanos que viveram entre o Despertar Jônico e o Renascimento Italiano. 

    Após o período jônico, filósofos como Platão e Aristóteles ganharam grande proeminência. Platão, em particular, enfatizava o mundo das ideias, e Aristóteles desenvolveu um sistema filosófico muito abrangente, que acabou dominando a filosofia ocidental por séculos. A abordagem mais especulativa dos filósofos jônicos, focada em causas naturais, acabou sendo obscurecida por essas correntes de pensamento.

    Com o declínio da Grécia, a ascensão do Império Romano, e posteriormente o com a expansão do cristianismo no Império Romano, houve uma tendência de rejeitar o pensamento pagão, especialmente as ideias que contradiziam a visão cristã de mundo. Como os jônicos apresentavam explicações naturais para o cosmos, sem recorrer a deuses ou forças sobrenaturais, suas ideias foram vistas como incompatíveis com a teologia cristã. 

    No reconhecimento de Pitágoras e Platão que o Cosmos é compreensível, e que há um suporte matemático em relação à Natureza, existe um grande avanço da ciência. Mas, na supressão dos fatos,  informações, eventos ou verdades que causam desconforto, na ideia de que a ciência deveria ser guardada para uma elite restrita, na aversão pela experiência, na aceitação do misticismo e na fácil aceitação das sociedades com escravos, eles atrasaram o empreendimento científico humano. Isso trouxe um fim à hibernação do misticismo científico, o mundo ocidental despertou. A experimentação e a inquisição livre tornaram-se mais uma vez respeitadas. 

    Diz-se que dos setenta e três livros escritos por Demócrito, nenhum permaneceu. Tudo o que temos conhecimento são fragmentos, principalmente sobre ética e justificativas não originais. O mesmo se aplica a quase todos os outros antigos cientistas jônicos.

    Mais de 2 mil anos depois, livros e fragmentos esquecidos voltaram a ser lidos. Da Vinci, Colombo e Copérnico, reacenderam a chama científica que estava apagada por séculos. Período esse que possibilitou o avanço de diversos campos do conhecimento, introduzindo novamente a humanidade em um contexto de desenvolvimento social e tecnológico.

    A história nos mostra que, assim como a ciência foi redescoberta após milhares de anos de obscuridão, ela também pode ser esquecida ou suprimida novamente, se não for devidamente zelada.  A ignorância das verdades científicas leva ao retrocesso, à desinformação e ao surgimento de ideias equivocadas que podem dominar a opinião pública. Somente tendo a ciência como uma vela que nos guia no escuro,  evitaremos outro "apagão da razão", e asseguraremos que as conquistas científicas que tanto beneficiam a humanidade, continuem a ser disseminadas e reconhecidas, garantindo assim, uma melhora contínua na qualidade de vida da sociedade como um todo.