O que é a Força?
Uma centopeia andava feliz na floresta. Encontrou seu vizinho coelho que, de curiosidade, perguntou: "Caramba, dona Centopeia! Como você faz para caminhar com esse tanto de pernas?". Dona centopeia, confusa, e agora pensando em como caminhar, começou a tropeçar e nunca mais andou direito de novo.
É assim que eu me sinto quando me perguntam o que é força... ou o que é tempo... ou o que é espaço... ou o que é campo... ou o que é- ah, vocês entenderam.
Eu particularmente acho incrível como os cientistas da natureza - vou jogar os outros colegas no balaio sim! - desenvolvem conceitos e tecnologias sobre uma base ontológica fraquíssima. É irônico, na real, pois se a ontologia é o estudo da natureza da natureza, a gente tá muito fraco nisso viu. Existem várias coisas que estamos devendo em sentido ontológico; a mecânica quântica, por exemplo, é a teoria de maior sucesso atual mas que foi fundamentada apenas em postulados matemáticos e que gera a crise interpretativa que até hoje existe.
Pois se spin é momento angular me diga aí a direção pra onde esse troço gira, ein??.
Mas, antes de chegar, queria trazer essa grande discussão por partes começando pela pergunta que fiz no título. Infelizmente, não vou dar a resposta pois nem eu mesmo sei, então já peço perdão desde já, o que eu quero é colocar essa pulga na orelha de vocês. Mas eu tenho um objetivo em mente quando escrever nesse blog sobre Física: quero deixar o fediverso (e quem ler) menos newtoniano.
"É o que muda o movimento, seu Aristóteles!"
Antes de chegar no que provavelmente você pensou ao ler a pergunta, vamos um pouquinho antes do mundo Newtoniano.
Aristóteles imprimia ao movimento algo intrínseco ao ser. Se tratando do mundo terrestre, que é completamente corruptível e imperfeito (palavras dele, ein!), os objetos, compostos pelos quatro (esse número muda com diferentes aristotélicos) elementos fundamentais Terra, Água, Fogo e Ar, tinham tendências naturais de movimento. Cada elemento fundamental possui seu lugar na natureza: terra e água ficam próximos da superfície, enquanto fogo e ar a circundam a uma certa altura.
A tendência de movimento era intrínseca do objeto. Era o movimento natural. Se algo tirasse esse objeto do seu movimento natural, uma força surgia como a tentativa do ser de retorno à tal. Mas isso... tinha um problema! A explicação do movimento, também é sua causa:
-- Por que uma pedra cai?
-- Porque ela é composta pelo elemento terra!
-- E por que ela é composta pelo elemento terra?
-- Porque ela cai, ué!
A causa depende da a essência do ser. Mas a essência depende da observação empírica. Isso gera um ciclo vicioso de explicação! Mas foi assim que a ciência seguiu durante séculos, até vir A maricona...
Claramente o Newton mudou por completo a visão de mundo dos cientistas - óbvio que não foi ele sozinho, e etc.etc. - mas a visão dele também tinha suas contradições.
Newton recusa essa ideia de que a força era intrínseca à matéria, e sim aquilo que muda o seu estado natural de movimento. O estado natural de movimento para Newton era o repouso ou movimento uniforme (em relação à um referencial inercial, posso apresentar essa ideia em detalhes se quiserem). Ou seja, força é a causa de um fenômeno observável: a mudança de movimento. Inclusive, pode ser até quantificável:
em que é a força, a massa do objeto e a aceleração.
Ou seja, se algo produz uma aceleração mensurável, chamamos de força.
Ok... ele tentou... mas...
-- O que é que causa a aceleração?
-- A força, ué?
-- E o que é a força?
-- É o que causa a aceleração!
E lá se foi a explicação metafísica, a natureza da força, para uma mentalidade completamente matematizada. E, adivinhem quem foi a bicha que ganhou o debate ontológico da sua época? Ela mesma. É a prova de que dá pra ganhar debates sem explicar as coisas (ou esperar seu principal adversário morrer, né, também vale.)
Sabe o que é engraçado, Leibniz criticou muito essa ontologia de Newton. Leibniz retornava a argumentos aristotélicos para explicar que a força é algo intrínseco a matéria mas com algumas diferenças. A principal crítica aqui era que Leibniz era contra essa completa passividade (ei!) da matéria. A matéria seria algo morto que só existe movimento real quando uma força fantasmagórica age. Ainda, na conceptualização de Newton, a força surge de forma instantânea, e nem precisa de um meio intermediador para ser transmitida. Isso era algo completamente inimaginável para Leibniz (e Newton também admitia, mas sem explicar) - como assim as coisas podem mudar seu movimento sem algo entrar em contato com a matéria?
A gente sabe o que a força faz, mas não sabe o que a força é! Ainda tem mais um problema. A gente não consegue observar a força... ela produz o movimento sem conseguir ser observado. Isso deixa a parte metafísica completamente em aberto e os contemporâneos de Newton - e os físicos de hoje - estavam pouco se lixando para buscar essa explicação. Esse problema só foi re-atacado uns 200 anos depois.
Hertz, por exemplo, ainda apontou um problema dessa visão de força como a causa do movimento; uma vez que existia a famosa força centrífuga, que surge a partir do movimento, que são consequências do movimento... ê lasqueira ontológica da desgraça. Como pode, ela ser a causa e consequência?.
"Mas... a gente precisa da força mesmo, seu Newton?"
Se não dá pra definir ontologicamente o que é força, talvez a gente nem precise dela...
Foi o que Hertz, Mach, Lagrange e Hamilton debateram durante os séculos seguintes. Força seria um artifício, um atalho conceitual, mas não seria a causa do movimento. A causa, para alguns destes citados, estaria no desequilíbrio de uma outra entidade física: energia.
Einstein, por exemplo, explicou que a gravidade não é força! São deformações no tecido do espaço-tempo! Não existe nada empurrado, é o caminho natural em um tecido curvo. Não existe causa (no sentido Newtoniano)! E sabe o que é mais engraçado disso tudo?
Vamos voltar um pouco para Leibniz. Uma das críticas dele para Newton era justamente sobre a definição de espaço. Para ele, não existe espaço absoluto, nem referencial privilégiado. O espaço seria apenas o nome que damos à distância entre os entes. Precisa-se dos entes, dos seres, e é a relação de distância entre eles que define o conceito de espaço. O espaço é relativo entre os seres. Logo, se mudamos a propriedade dos seres (spoiler: massa e energia), muda-se o espaço. Vocês não acham isso muito parecido com a relatividade de Einstein? A história vingou muito Leibniz viu... Enfim, voltando.
As explicações Hamiltonianas e Lagrangianas trabalham a diferença de energia, o desequilíbrio, como causa dos movimentos. As coisas caem não por que é o lugar natural, ou por que a matéria tem uma força de atração, mas porque existe uma diferença de potencial gravitacional. A eletricidade corre não porque existe uma força eletromotriz, mas porque existe uma diferença de potencial elétrico. E por aí vai. Ninguém fala mais em força, hoje, a palavra da moda é campos.
Acontece que hoje nos encontramos em outro abismo ontológico. O abismo da mecânica quântica. Os fenômenos surgem por simetria, pela matemática. O campo de Higgs dá a massa às partículas, que possuem anti-partículas! Por que? Porque a conta fecha ué...
Mas explicar o estado da física atual é difícil sem uma preparação matemática e não é o objetivo desse texto: fazer você ficar confuso porque entendeu; e não confuso porque não entendeu nada. Então vou deixar esse debate para outros textos.
"Isso é culpa sua, seu Newton..."
Acredito que assim como Aristóteles, Newton ainda deixou sua visão de mundo bastante marcada na nossa cabeça. Vamos lá, né? A gente literalmente aprende ele e somente ele nas escolas. Tudo bem, vai: do ponto de vista pedagógico é interessante que isso aconteça. Mas a, a cada dia que passa, acredito que devemos romper completamente com Newton, e abraçar outras mariconas.
Durante anos essa falta de explicação ontológica sobre o motor natural de Newton não preocupou vários cientistas naturais, fazendo com que a pergunta "Mas o que é?" seja respondida com "Não me interessa, isso funciona". Para a física atual, basta funcionar.
Newton faz a gente confundir uma escolha de descrição com uma entidade de mundo. Para mim, esse foi seu maior legado.
Acredito que a força, apesar de ferramenta (!) na descrição dos fenômenos, ela mais confunde do que ajuda. O que é a força centrífuga? força normal? forças que surgem em referenciais não inerciais? É uma contradição interna na própria ontologia que é completamente ignorada.
Minha mãe é de Letras, então sempre fui ensinado sobre a relação dialética entre a natureza e a linguagem. A linguagem é o que nos faz compreender e ensinar os fenômenos, transmitir conhecimento. Se não temos palavras para um dado fenômeno natural, ou se elas não são firmes e são usadas de forma arbitrária, não somente a palavra como também o próprio fenômeno natural perde significado real, perde significado sensível. É esse meu maior problema com Newton, e como a física é ensinada.
A pergunta "O que é Força", talvez, seja mal colocada. Mas o fato da gente continuar fazendo essa pergunta mostra o quanto a gente continua preso numa linguagem que não mais explica o mundo em que vivemos. Acredito que a física aprendeu a andar muito bem, mas, tal qual a dona Centopeia, ainda tropeça nas próprias pernas quando recebe a pergunta crucial: como?
Após a leitura, então, fiquei curioso. O que você acha que é força? Me diga no Mastodon ou me mande um e-mail (ezequielendel6@gmail.com), ficarei muito feliz em ler!.
Até a próxima, Calotas