Pode-se traçar a história da Física a partir do momento em que a humanidade começou a ver e analisar os fenômenos naturais de modo racional, abandonando explicações místicas ou divinas. As primeiras tentativas racionais de explicação da Natureza vieram com os indianos e os gregos antigos. Antes disso, fenômenos naturais e suas consequências eram explicados por deuses. A partir daí a Física começou a evoluir por meio de meio de modelos (paradigmas). As mudanças desses paradigmas produziram as principais revoluções nas “Ciências da Natureza” . Aqui selecionamos algumas delas.

 1543: A revolução copernicana

No seu livro intitulado Sobre as Revoluções das Esferas Celestes, Nicolau Copérnico propôs que a Terra se move em torno do centro do universo. O significado moderno da revolução (rotação) deriva do seu título. Ele estabeleceu a forma do sistema solar. Curiosamente, o Sol desempenha pequena parte em seu esquema; ele simplesmente colocou-o perto do centro do universo. Cerca de sessenta anos depois, Johannes Kepler mostrou que o Sol é o verdadeiro centro do sistema solar, e com Galileu Galilei ele preparou o caminho para a próxima revolução.

Nicolau Copérnico

1687: A revolução newtoniana

Em sua obra Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, Newton formulou suas três famosas leis do movimento e a teoria da gravitação universal. Ele mostrou que todos os corpos terrestres e celestes obedecem às mesmas leis, e, assim, criou o primeiro sistema capaz de descrever todo o universo como um todo unificado. Newton criou a ciência da mecânica, que inaugurou a era científica moderna. Ele afirmou que todos os movimentos ocorrem em um espaço infinito, imutável, com um tempo que fluía uniformemente, sem relação com qualquer coisa externa.

Isaac Newton

1873: O Eletromagnetismo de Maxwell

Maxwell é geralmente lembrado como o cientista do século XIX a ter mais influência sobre a física do século XX e o responsável por contribuições básicas nos modelos naturais, sendo considerado uma ponte entre a matemática e a física. Poucos anos após a morte de James Clerk Maxwell, seus trabalhos científicos foram aceitos mundialmente a partir de suas explorações sobre eletromagnetismo. Em 1931, comemorando o centenário do nascimento de Maxwell, descrevendo seu trabalho, Albert Einstein disse “o mais profundo e frutífero que a física descobriu desde Newton”.

James Clerk Maxwell

1905: A Teoria Especial da Relatividade

Num artigo sobre o eletro eletromagnetismo, Einstein mostrou que a simultaneidade de dois eventos (em pontos separados espacialmente) não pode ser definida absolutamente independente dos referenciais e que o espaço e o tempo estão intimamente ligados entre si. O que aparece como o espaço e como tempo depende do movimento do observador. Ele fez previsões surpreendentes sobre o comportamento cinemático do comprimento das barras e da medição dos relógios. Estudando a energia do movimento de uma partícula na velocidade da luz (indicada pela letra c) encontrou sua famosa expressão E = mc². Em 1908, Hermann Minkowski formalizou matematicamente a noção de espaço-tempo.

1915: A Teoria da Relatividade Geral

A teoria da relatividade especial descreve um mundo sem gravidade. Depois de uma gestação de oito anos, Einstein finalmente formulou sua teoria da relatividade geral em que o sistema de referência do espaço-tempo (de Minkowski) é sensivel, respondendo à presença de matéria nele. Para a gravidade é dada uma interpretação (original brilhantemente) como sendo um efeito da curvatura do espaço-tempo. Essa teoria também mostrou que o tempo pode ter um começo (o Big Bang) e que o universo pode expandir ou contrair. Muitas previsões desta teoria já foram muito bem confirmadas. Ela descreve as propriedades de grande escala da matéria e do universo como um todo.

 

1925: Mecânica Quântica

Esta teoria recebeu o nome de Quântica porque mostra que alguns grandezas mecânicas são encontrados na natureza apenas em múltiplos de unidades discretas denominadas quanta. Em 1923, uma experiência conduzida por Robert Andrews Millikan para medir a carga elétrica do elétron mostrou  que os valores medidos eram sempre múltiplos de um mesmo número. Millikan interpretou esse número como sendo a carga de um único elétron, cujo valor atualmente aceito é 1,602 x 10 −19 Coulombs. Tal fato é uma diferença distintiva das teorias de Newton e Einstein, que são agora chamadas de teorias clássicas (em oposição as teoria quântica). Os primeiros efeitos quânticos foram descobertos e descritos numa base ad hoc por Max Planck (1900), Einstein (1905) e Niels Bohr (1913). Uma teoria quântica consistente foi encontrada em duas formas diferentes, mas equivalentes: a mecânica matricial, por Werner Heisenberg (1925), e a da onda mecânica, por Erwin Schrödinger (1926). A mecânica quântica descreve as propriedades dos fótons (da luz, especialmente lasers), e o mundo microscópico das partículas, dos átomos e moléculas. É o alicerce da eletrônica moderna e da fotônica. Comparando com o comportamento dos objetos macroscópicos, os seus resultados (para o mundo microscópio) são desconcertantemente contra-intuitivo e levantam questões profundas sobre a natureza da realidade.