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Cássio Leite Vieira
Instituto Ciência Hoje, Rio de Janeiro,
RJ, Brasil
E-mail: [email protected]
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Há 100 anos, um garoto pobre que virou lorde
revelou ao mundo o coração da matéria, um
caroço duro e diminuto no qual 99,9% da massa do átomo estão concentrados. A descoberta
do núcleo atômico - como ele o batizou - iniciou
uma nova etapa em uma das mais belas
aventuras do conhecimento humano: a resposta à pergunta simples e milenar “De que são
feitas as coisas?”
Versão resumida deste texto foi publicada no
caderno ‘Ilustríssima’, da Folha de S. Paulo, em
13/3/2011.
38
N
menos: elétrons, raios X e radioatividade.
o obituário que o New York Times
Esta última - radiação cuspida espontapublicou em 20 de outubro de
neamente pelos átomos - era um cons1937, lia-se que poucos humanos
trangimento para a física e a química do
atingiram, em vida, a imortalidade - e,
século 19, que não podiam explicá-la.
muito menos, o Olimpo. O destinatário
Rutherford, depois de um flerte rápido
de tão eloquente elogio - morto no dia ancom as ondas de rádio, descobertas em
terior - foi um explorador do infinita1887, passou a estudar a radioatividade,
mente diminuto e complexo interior do
que então reunia os elementos básicos
átomo, universo que ele foi o primeiro a
para uma (próspera) carreira científica: inpenetrar.
trigante, fascinante, promissora e - princiAs palavras refletem a extensão da
palmente - ininteligível. E com pouquísfama do físico neozelandês Ernest Ruthersima bibliografia - como justificou, mais
ford, cuja biografia lembra a de heróis de
tarde, a física polonesa Marie Curie (1867contos infantis em que garotos pobres, da
1934), ao escolher o tema para seu douperiferia, se tornam nobres e admirados
torado naquele final de século.
por seus feitos e seu caráter.
A obra científica de Rutherford imEsforço e sorte
pressiona. Mas ele será sempre lembrado
Nascido em 30 agosto de 1871, em
como aquele que escavou o átomo a fundo
e, de lá, trouxe ao mundo o coração da
Spring Grove (hoje, Brighwater), área rumatéria, o caroço duro e diminuto que
ral ao sul de Nélson (Nova Zelândia), Rutherford cresceu em família pobre, com pai
ele batizou núcleo atômico. O percurso até
aí, porém, foi longo e árduo.
mecânico e agricultor e mãe professora
Para entender Rutherford e suas desprimária. Era o quarto de 12 filhos. Foi
cobertas sobre a radioatividade, a estrunesse ambiente que, segundo o historiador
tura dos átomos e a transmutação dos eleda ciência Lawrence Badash (1934-2010)
mentos, é preciso descrever, ainda que bre[2], se forjaram os princípios que levariam
vemente, a física do final do século 19, da
o jovem Ernest da periferia do império
qual ele é fruto. Nas palavras do histobritânico ao posto de cientista mais famoriador da ciência Erso do início do século
A obra científica de Rutherford
passado: simplicidade,
win Hiebert [1], esse
impressiona. Mas ele será
retidão, economia,
cenário era marcado:
sempre lembrado como aquele
energia, entusiasmo e
i) por uma crescente
que escavou o átomo a fundo
respeito à educação percepção de uma
e, de lá, trouxe ao mundo o
sempre leu muito ao
unidade das ciências
coração da matéria, o caroço
longo da vida.
físicas; ii) pela urgênduro e diminuto que ele
Biografias de Rucia em abarcar os febatizou núcleo atômico
therford - por exemnômenos do muito
plo, Arthur Eve [3] grande e do muito pecostumam extrapolar para sua juventude
queno em uma só visão do mundo; iii)
o talento de sua maturidade. Porém,
por uma nova atitude (mais ousada) em
pesquisas minuciosas feitas pelo físico e
relação à especulação científica; e, iv) pela
biógrafo John Campbell [4] mostraram
ênfase nas colaborações científicas.
que o estudante - talentoso em matemáPara Hiebert, os físicos estavam prontica e física - estava mais para esforçado e
tos para (se preciso) construir um mundo
iluminado pela sorte do que para “gênio”.
radicalmente novo para englobar os novos
Suas oportunidades acadêmicas se concre(e aparentemente não relacionados) fenôUm século da descoberta do núcleo atômico
Física na Escola, v. 12, n. 2, 2011
tizaram porque os primeiros colocados
cujo laboratório de física era um dos mais
Rutherford - que se tornou o “Sr. Radioaacabavam, por algum motivo, não aceibem equipados do mundo, graças ao patividade” - reforçada pela publicação, em
tando as bolsas de estudo.
tronato do dono de uma fábrica de tabaco
1904, de seu livro Radio-Activity, clássico
Foi uma dessas bolsas que levou Ruque desprezava o hábito de fumar. Gada área. No início do século, sua fama
therford, em 1895, ao Laboratório Cavennhou o emprego indicado por Thomson,
ultrapassava a de Henri Becquerel (1852dish, em Cambridge (Inglaterra), referênque o classificou como o melhor aluno
1908), o descobridor da radioatividade, e
cia mundial em física experimental. Em
que já tivera. Os resultados que Ruthera do casal Pierre (1859-1906) e Marie
fevereiro do ano seguinte, Rutherford finaford obteria naquele laboratório colocaCurie (1867-1934), que havia descoberto
lizou um detector que podia captar ondas
riam a física canadense no mapa-múndi
dois novos elementos radioativos, o polôeletromagnéticas a até 800 m - um feito
da ciência.
nio e o rádio. O trio recebeu o Nobel de
tecnológico semelhante a um telégrafo
Com o auxílio do competente químico
Física em 1903. Inicialmente, Rutherford
sem fio. Começava assim a manifestar, em
inglês Frederick Soddy (1877-1956), Rutinha o trio como de competidores. Mais
continente europeu,
therford passou a
tarde, desentendeu-se (polida e cientificasua grande capacidade
trabalhar intensamente) com Becquerel. Com os Curie
Agraciado com o Prêmio Nobel
de imaginar, projetar
mente. Agora, seu
manteve amizade, e com Marie admiração
de Química de 1908, Ruthere construir artefatos,
objetivo era publicar
mútua longo da vida.
ford comentou: “Lidei com
algo incutido nele
muito (e bons resulOs resultados no Canadá renderam a
várias e diferentes
ainda na infância, ao
tados), para um dia
Rutherford o Nobel de Química de 1908.
transformações em diversos
observar essas habilivoltar à Inglaterra,
Química? Sim, porque o assunto radioaperíodos, mas a mais rápida
dades no pai - ainda
onde poderia não só
tividade, para o comitê do prêmio, pertencom que me defrontei foi a
criança, desmontava
fazer física de primeicia a essa área. Rutherford resumiu seu
minha própria transformação
relógios para consra, mas também (e
espanto assim: “Lidei com várias e difede físico em químico”
truir miniaturas de
mais importante)
rentes transformações em diversos períomoinhos d’água, por exemplo.
estar ao lado de quem a fazia. A ambição
dos, mas a mais rápida com que me deRutherford tentou patentear seu deprofissional sempre foi um traço marcante
frontei foi a minha própria transformação
tector - talvez, buscando fama e fortuna,
de sua personalidade. De Montreal,
de físico em químico”. Embutida na frase,
segundo John Heilbron [5] -, mas seus
escreveu para sua futura mulher, Mary
há seu preconceito em relação à química
ganhos impossibilitavam essa despesa exGeorgina Newton (1876-1945), com
- para ele, ciência “malcheirosa”. Por sitra: sua bolsa mal o sustentava, atirandoquem se casaria, em 28 de junho de 1900,
nal, classificava todos os outros ramos das
o no limite entre a pobreza e a miséria.
em Christchurch (Nova Zelândia): “Quero
ciências naturais como “coleção de selos”.
Assim, o desenvolvimento do telégrafo
trabalhar bastante e formar uma escola
Rumo ao núcleo
sem fio ficaria a cargo do italiano Guglielde pesquisa, para ofuscar todo o brilho
mo Marconi (1874-1937), que levaria o
O esforço e a perseverança de Ruthdos Ianques!” Décadas mais tarde, o exNobel de Física de 1909 pela invenção.
erford se evidenciaram naquele ano e meio
físico e escritor inglês C.P. Snow (1905O detector e outras habilidades expeem que ele se debruçou sobre os resultados
1980), autor do clássico As Duas Cultuobtidos pelo físico neozelandês Ernest
rimentais de Rutherford impressionaram
ras, o caracterizou como “exuberante, exMarsden (1889-1970) entre 1909 e 1910.
seu chefe no Cavendish, Joseph John
trovertido e nada perceptivelmente moA ideia do experimento, baseado no bomThomson (1856-1940), que, em 1897,
desto”.
bardeio de uma folha finíssima de ouro
descobriria a primeira partícula subatôEm pouco tempo, a dupla Rutherford
com partículas alfa (núcleos de hélio),
mica, o elétron - fazendo da palavra átoe Soddy apresentou resultados surpreenhavia nascido de observação (desconfiada)
mo (a = não; tomo = divisível, em gredentes sobre a radioatividade. Um deles:
feita em um experimento anterior, no qual
go) uma contradição semântica. Explicaa emissão de radiação fazia com que um
um feixe semelhante de partículas, depois
se. Até então, pelos últimos dois mil e quielemento químico se transformasse em
de atravessar uma folha fina de mica, fornhentos anos, vários modelos de átomos
outro. Ganhou o nome de transmutação
mava, em um anteparo, uma mancha
haviam sido idealizados, mas essas entinuclear, teoria que derrubava outra prodifusa, um borrão. A
dades diminutas sempre haviam permapriedade atribuída ao
Em 1896, Rutherford tentou
intuição demandava necido obedientes aos ditames do filósofo
átomo ainda na Antipatentear um detector de ondas
com base no que se
grego Leucipo (c. 500-450 a.C), pai do
guidade: a indestrutieletromagnéticas, mas não o fez
concebia ser o átomo
atomismo: “Toda a realidade consiste em
bilidade. A transforpor questões financeiras. Um
e as partículas alfa;
partículas duras e indivisíveis, movendomação cheirava a
pouco depois, Marconi
estas últimas, para
se e colidindo no espaço vazio”. Raros foalquimia - na época, já
apresentava o telégrafo, com o
Rutherford, ‘giganram os cientistas ou pensadores que, até
morta e enterrada -, e
qual ganhou o Prêmio Nobel de
tescas’ como átomos
a época de Thomson, arriscaram teorizar
Rutherford foi cuiFísica de 1909
- que o feixe não
sobre um átomo com estrutura interna.
dadoso em buscar
sofresse esses desvios.
apoio de químicos
Ao Canadá
Esse mistério permaneceu com Rurenomados, como o britânico sir William
Rutherford também desistiu de Camtherford até que ele e seu assistente, o fíCrookes (1832-1919), para a ideia. Com
bridge - para ele, um ambiente esnobe.
sico alemão Hans Geiger (1882-1945),
base nessa teoria, calculou a idade das roresolveram atacar a questão na UniverPercebeu que alguém da periferia - ele foi,
chas em bilhões de anos, desmontando assidade de Manchester (Inglaterra), para
no Cavendish, um dos primeiros estudansim argumentos geológicos, biológicos e
tes de pesquisa não formados em Camonde Rutherford havia se transferido, ocureligiosos sobre a idade da Terra.
bridge - teria poucas chances de promoção
pando a vaga deixada especialmente para
Esses e outros resultados (por exempor lá. A saída foi aceitar, em 1898, uma
ele pelo físico anglo-alemão Arthur
plo, a descoberta do gás radônio) lapidavaga na Universidade McGill (Canadá),
Schuster (1851-1934). Para a tarefa de
ram a imagem científica e pública de
Física na Escola, v. 12, n. 2, 2011
Um século da descoberta do núcleo atômico
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investigar a misteriosa mancha difusa,
- cada um deles moeda corrente na ciência
de certa forma, confirmou as ideias de
designaram Marsden, aos tenros 20 anos
atual.
1903 do físico japonês Hantaro Nagaoka
de idade.
A tese de Badash - apesar de bem ar(1865-1950) - citado por Rutherford -,
A engenhosidade - lançar partículas
gumentada - causa espanto para aquele
cujo átomo tinha um núcleo gigante,
contra um alvo - foi tamanha que o expeque conheceu o Cavendish nos tempos herodeado por elétrons, lembrando os anéis
rimento é base até hoje para perscrutar o
roicos, em que para um aluno, em busca
de Saturno.
interior do átomo.
de um cano de aço para um experimento,
O alquimista
As partículas alfa (formadas por dois
era dada uma serra e uma bicicleta velha,
nêutrons e dois prótons) vinham de uma
Em 1919, Rutherford publicou os reda qual ele devia extrair o que desejava.
fonte radioativa e, transformadas em feisultados que o tornariam o primeiro
Era a física experimental no seu modo
xe, eram lançadas contra a folha finíssima
alquimista da história - feito tão impresmais romântico, com experimentos feitos
de ouro (0,00006 cm), que estava circunsionante quanto a descoberta do núcleo
em um prédio úmido, empoeirado, cheio
dada por uma tela cintilante. Em sua
atômico. No experimento, bombardeou
de fios e equipamentos que se distribuíam
esmagadora maioria,
átomos de nitrogênio
sem a menor ordem aparente, empestados
Em 1919, Rutherford publicou
as partículas alfa, viacom partículas alfa,
pela fumaça dos charutos do chefe, que
os resultados que o tornariam o
jando com velocidade
produzindo oxigênio
fazia, para o temor dos estudantes, a
primeiro alquimista da história
comparável à de uma
e, de quebra, o próronda diária. Época de físicos com mãos e
- feito tão impressionante
bala de fuzil, atraveston, partícula de carroupas sujas de graxa.
quanto a descoberta do núcleo
savam a folha de
ga positiva de cuja
Nêutron
atômico
ouro, sem praticaexistência ele já desmente se desviar da
A indiferença de Rutherford em relaconfiava desde pouco
trajetória original. Algumas sofriam desção à mecânica quântica - cuja matemádepois da proposição por ele da existência
vios maiores, atingindo a tela em pontos
tica ia muito além de seus conhecimentos
do núcleo atômico.
diversos, que brilhavam com a colisão.
- só foi amenizada com a volta dos granA transmutação de nitrogênio em
Mas - e aí está o que Rutherford mades resultados do Cavendish. Em 1932,
oxigênio foi seguida, no entanto, de queda
cerou mentalmente por um ano e meio James Chadwick (1891-1974) descobriu
significativa de resultados importantes no
uma em cada 20 mil partículas, em média,
o nêutron, partícula sem carga elétrica,
Laboratório Cavendish, que, desde 1919,
ricocheteava de volta em direção à fonte
estava sob a liderança de Rutherford companheira do próton no núcleo atômiemissora.
co. De modo impressionante, esbarraram
herdou-a de Thomson. Nessa altura, RuOs cálculos finais de Rutherford
nele, pouco antes, Fédéric Joliot (1900therford - que não tinha a física teórica
sugerem uma caligrafia trêmula - talvez,
em grande estima - percebeu que preci1958) e Irène Curie (1897-1956) - filha
de Pierre e Marie Curie. O casal levaria o
reação àquilo que ele começava a entender:
saria de ajuda para projetar experimentos
Nobel de Química de 1935 pela obtenção
toda a massa atômica estava concentrada
na área da teoria quântica, que lida com
os fenômenos do mundo atômico e subados primeiros elementos químicos raem um caroço central, responsável por
tômico e que ganhou grande impulso na
dioativos artificiais.
desviar ou mesmo rebater de volta as pardécada de 1920. Contratou Ralph Fowler
Chadwick percebeu que aquela partítículas alfa. O átomo, portanto, era um
cula, cuspida depois que átomos de berílio
(1889-1944), que, em 1921, casou-se
grande vazio. Sintetizou seu espanto dieram bombardeados com partículas alfa,
com sua única filha, Eileen Mary Rutherzendo que era como se canhões de grosso
não era um raio gama - como teorizaram
ford (1901-1930).
calibre atirassem contra uma folha de paFrédéric e Irène -, mas algo que seu chefe,
Se tanto fez Rutherford, então por que
pel e os projéteis voltassem em sua direção.
Rutherford, já havia proposto em 1920:
não recebeu um segundo Nobel? A hipóO núcleo era diminuto (cerca de
o nêutron.
tese mais provável é a
0,0000000000001 cm), aproximadaAgora, o modelo
de Campbell: o comimente 10 mil vezes menor que o diâmetro
As pesquisas de Rutherford em
atômico parecia se
tê estava certo de que
atômico. Se o átomo tivesse o diâmetro
radioatividade e física nuclear
completar: prótons,
mais um prêmio não
do Maracanã, o núcleo seria mais ou mehoje levam conforto e saúde a
nêutrons e elétrons.
nos do tamanho da cabeça de um alfinete.
acrescentaria nada à
boa parte da população, por
Mas a descoberta ou a
fama do físico.
Se juntássemos todos os núcleos do corpo
meio de usinas nucleares e
proposição de novas
A historiografia
humano, eles não seriam maiores que um
equipamentos de diagnóstico e
partículas subatôda ciência vê em Rugrão de areia.
tratamento para o câncer, para
micas
(pósitron,
therford as origens da
O modelo atômico nuclear de Ruthapenas dois casos
múon, píon) na décaBig Science, o tipo de
erford desbancou aquele idealizado por
emblemáticos
da de 1930 viriam
ciência (principalLorde Kelvin (1824-1907) e aperfeiçoado
embaralhar o cardápio dos constituintes
mente física) feito depois da Segunda
por Thomson, o chamado “pudim de pasbásicos da matéria, justamente em uma
Guerra, com enormes volumes de dinheisas”, no qual os elétrons seriam “passas”
época em que havia muita resistência à
ro, grande quantidade de pesquisadores,
incrustadas em uma “massa” de carga eléaceitação de novos membros nesse clube,
laboratórios nacionais, temas por vezes
trica positiva. Esse tipo de átomo, pela
cujas portas os físicos sonhavam em feligados a questões militares. Badash [6]
disposição de seus elementos – ou seja,
char. Foi uma época da qual Rutherford
enxerga Rutherford como precursor na
sem a presença de um núcleo -, não explidesfrutou pouco, assoberbado por palesformação de equipes de pesquisa, nos
cava por que as partículas alfa ricochetras, compromissos, cargos e tarefas
laboratórios com numerosos integrantes,
teavam de volta em direção à fonte
burocráticas.
no grande fluxo de publicações, na interemissora de radiação.
nacionalização dos resultados, nos esforO modelo de Rutherford não recebeu
Aos pés de Newton
ços de especialização, nos meios de dissemuita atenção, mas deu início à viagem
Aquele neozelandês de olhos claros,
minação da informação e na competição
da ciência rumo ao centro da matéria. E,
40
Um século da descoberta do núcleo atômico
Física na Escola, v. 12, n. 2, 2011
voz grave e tenebrosa, que metia medo
em seus alunos, exigente e com pouca paciência para experimentos que tardavam
a dar resultados foi, no entanto, respeitado
e admirado. Sua humildade foi reconhecida: não pôs seu nome em artigos importantes, mesmo que a ideia do experimento
tenha partido dele. Não pleiteava nem dinheiro, nem equipamento além do que
realmente precisava.
Passou por momentos difíceis. O pior
foi a morte de sua filha no parto do quarto
neto dele. Lutou pela paz mundial (pediu
que aviões não fossem usados em guerra),
participou do esforço de guerra para deter o avanço nazista, lutou pela liberdade
de imprensa e defendeu o direito das
mulheres na ciência - sua sogra foi pioneira do movimento pelo voto feminino
na Nova Zelândia -, concedendo bolsas e
oportunidades para físicas.
Diferentemente do improdutivo Nobel de Física Michael Beard, protagonista
de Solar [7], Rutherford seguiu impressionando o mundo científico depois do
prêmio de 1908. Além disso, dirigiu o Cavendish de grandes feitos na década de
1930, como a descoberta do nêutron e a
primeira comprovação experimental da
fórmula mais famosa da ciência, E = mc2,
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de Einstein. Até 1930, praticamente tudo
que havia sido feito sobre a estrutura nuclear havia vindo de Rutherford, escreveu
o historiador da física Daniel Kevles [8].
O problema do modelo atômico nuclear instabilidade, segundo as regras da física
clássica - foi corrigido com base na teoria
quântica, em 1913, por um de seus exalunos em Manchester, o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962).
Tornou-se sir (1914) e primeiro Barão
Rutherford de Nélson (1931). Em seu brasão, escolheu homenagear seu país natal,
com símbolos da Nova Zelândia (um
pássaro kiwi e um guerreiro maori). Suas
pesquisas em radioatividade e física nuclear hoje levam conforto e saúde a boa
parte da população, por meio de usinas
nucleares e equipamentos de diagnóstico
e tratamento para o câncer, para apenas
dois casos emblemáticos.
Os restos de Rutherford - morto em
19 de outubro de 1937, aos 66 anos de
idade, em Cambridge, por postergar a cirurgia de sua hérnia umbilical em função
dos compromissos - estão aos pés do
magnífico altar de Isaac Newton (16421727), na Abadia de Westminster, em
Londres. Assim, aquele que quiser chegar
a Newton, para observar o passado, deve○
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rá necessariamente passar por Rutherford.
Muito justo.
Referências
[1] Erwin N.Hiebert, in: Rutherford and Physics at the Turn of the Century. Edited by
Mario Bunge and William R. Shea
(Dawson and Science History Publications, New York, 1979), p. 3-22.
[2] Lawrence Badash, in: Dicionário de
Biografias Científicas (Contraponto,
Rio de Janeiro, 2007), p. 2.382-2.393.
[3] Arthur Eve, Rutherford - Being the Life
and Letters of the Rt Hon. Lord Rutherford, OM (Cambridge University Press,
Cambridge, 1939).
[4] John Campbell, Rutherford Scientist Supreme (AAS Publications,Christchurch,
1999).
[5] John L. Heilbron, Rutherford and the Explosion of Atoms (Oxford University
Press, Oxford, 2003).
[6] Lawrence Badash, in: Rutherford and Physics at the Turn of the Century, editado
por Mario Bunge and William R. Shea
(Dawson and Science History Publications, New York, 1979), p. 23-41.
[7] Ian McEwan, Solar (Companhia das
Letras, São Paulo, 2010).
[8] Daniel J. Kevles, Physics Today 10, 175
(1972).
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Un congreso virtual sobre los retos y perspectivas de la enseñanza de las ciencias
11 a 16 de Junio de 2012
Finalidad
El congreso virtual quiere ser un punto de encuentro para el intercambio de experiencias de innovación y/o investigación en
enseñanza de las ciencias.
Presentación de comunicaciones
Se anima a todo el profesorado a hacer una presentación de su experiencia sobre cualquier actividad educativa innovadora y/o
investigadora realizada individualmente o en grupo sobre la enseñanza de las ciencias.
Difusión
Se generarán una o más publicaciones en formato electrónico (ebook) y en papel.
Reconocimiento
Tanto la asistencia como la presentación de comunicaciones recibirán reconocimiento mediante la correspondiente acreditación.
Esperamos contar con su participación
Para más información ver página web
http://webs.uvigo.es/isiec2012/
[email protected]
Física na Escola, v. 12, n. 2, 2011
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