3.4.2. A Teoria dos Dipolos Elétricos
Vejamos agora alguma coisa sobre a teoria dos dipolos elétricos. Sabemos que os condutores, quando submetidos a uma força eletromotriz, tornam-se sede de uma corrente elétrica; mas, se estiverem isolados da fonte do campo, como na figura 5a, a corrente extingue-se tão logo a separação de cargas atinja determinado limiar. Faraday, em seus estudos com capacitores, verificou que os dielétricos, conquanto não conduzam correntes elétricas, manifestam um comportamento qualitativamente semelhante. Estes materiais resistem parcialmente à penetração do campo elétrico em seu interior, fenômeno este que lembra, em alguns aspectos, o empuxo de Arquimedes que opõe-se ao campo gravitacional.
Figura 5: Comentários no texto
No final da era dos fluidos elétricos surgiu uma teoria promissora que admitia o dielétrico constituído por pequenas esferas condutoras imersas num meio isolante [27]; o fenômeno complexo pôde, assim, ser reduzido a uma somatória de efeitos simples, conforme mostrado na figura 5b. A teoria, dentro dos limites a que se propõe, é perfeita e, embora seja uma teoria representacional, podemos, utilizando a linguagem de Mario Bunge [28], considerá-la de baixo risco pois explica o observável (caráter fenomenológico ou behaviorista) através de um mecanismo interno (caráter representacional) de importância secundária. Em outras palavras, o modelo microscópico (figura 5b) em nada modifica o modelo que lhe deu origem (figura 5a).
Nos primórdios da era atômica a situação não era mais esta: as esferas condutoras foram identificadas aos átomos de Thomson e o meio isolante ao éter que os entremeava. O caráter representacional da teoria ganhou em importância, o que a transformou em uma teoria de alto risco.
Após a identificação do caráter corpuscular dos raios catódicos, corpúsculos estes que posteriormente receberam da denominação de elétrons, Thomson sugeriu que a carga positiva de um átomo pudesse estar distribuída uniformemente em uma esfera, com os corpúsculos negativos situados no interior da carga positiva [27]. Ou, como citado por Tipler [29], Thomson considerou o átomo como um fluido carregado positivamente e com elétrons mergulhados em uma configuração estável e de maneira a tornar o conjunto neutro. Devido à repulsão mútua, segundo Eisberg e al. [op.cit. in 20], os elétrons estariam uniformemente distribuídos na esfera de carga positiva, de onde a denominação "modelo em pudim de passas"; e quando da excitação do átomo, os elétrons vibrariam em torno de suas posições de equilíbrio, o que explicava qualitativamente a emissão de radiação eletromagnética.
A teoria dos elétrons livres desenvolveu-se sob este clima (1900 a 1909) e não é difícil recuperar sua lógica: se os fluidos positivos dos átomos de Thomson, de alguma forma, intercomunicam-se ou constituem uma massa amorfa única, os elétrons aí localizados estão praticamente livres, ainda que presos à massa como um todo. Um material onde tal ocorre seria um condutor; caso contrário, um dielétrico. A idéia de fluido persistia mas já se pensava em partículas negativas. E os físicos estavam a um passo de imaginar os modelos apresentados nas figuras 5a e 5b como dipolos elétricos posto que em muito assemelhavam-se ao conjunto macroscópico de duas cargas coulombianas de mesma intensidade e sinais contrários.
A noção de dipolo elétrico estático surgiu, germinando também, em tão fértil terreno, um conceito aparentado: o dipolo elétrico dinâmico. As experiências de Hertz e o modelo de Thomson favoreceram esta concepção. Com efeito, o radio-transmissor e o radio-receptor utilizados por Hertz são chamados antenas dipolos; e o modelo em pudim de passas, com elétrons vibrando em torno de uma posição de equilíbrio, em muito assemelha-se a estas antenas. Tanto assim é que Planck (1900), em sua teoria de emissão de radiação térmica, afirma: a superfície emissora contém elétrons ligados a pontos fixos através de forças que obedecem à lei de Hooke [30].
Enquanto o modelo de Thomson se autojustificou, a teoria dos elétrons livres representou um ramo desta árvore e a idéia de dipolos microscópicos, em outro de seus ramos, floresceu. Não obstante, as restrições experimentais a que o modelo devia acoplar-se eram, sem dúvida alguma, excessivas e Thomson, apesar de ter realizado cálculos matemáticos elaborados, foi incapaz de obter concordância com a experimentação [op. cit in 29]. A partir da análise conclusiva de Rutherford sobre a natureza nucleada do átomo, a árvore foi derrubada; mas seus ramos já haviam frutificado. A polarização elétrica em dielétricos, bem como a emissão de radiação, passaram então a ser explicadas por uma teoria agora puramente fenomenológica; de baixo risco, é verdade, porém embebida num abstracionismo muito intenso: os dipolos atômicos conservaram pouco das características físicas e muito das características matemáticas.
Um átomo de hidrogênio clássico (modelo de Rutherford) possui um vetor momento de dipolo p que varia com o tempo. Segundo Goldenberg [31] ele deveria gerar um campo elétrico variável no tempo e, portanto, emitir radiação eletromagnética. Esta conclusão, conquanto classicamente legítima, pressupõe a inexistência de campos elétricos estacionários variáveis no tempo, suposição esta não apoiada na experimentação.
A ausência desta radiação no átomo normal de hidrogênio foi um dos grandes paradoxos da física quântica primitiva [31]; paradoxo este que somente foi "resolvido" através da aceitação de um elétron ondulatório: a estrutura eletrönica de átomos e moléculas pode ser representada por uma única nuvem de cargas negativas de densidade variando continuamente [31]. Imagem esta que lembra o modelo de Thomson às avessas: uma nuvem (fluido) carregada negativamente, com um núcleo puntiforme e positivo situado no interior da carga negativa. Em outras palavras, o dipolo elétrico, como atualmente concebido, é incompatível com o eletromagnetismo clássico; ou melhor dizendo, os princípios em que se apóia o eletromagnetismo clássico são inadequados para explicar o paradoxo que gerou.
