como o cientista do século XIX combinou pesquisa e inovação para mudar o mundo

“O que te levou à astrofísica?” É uma pergunta que sempre me fazem em eventos de extensão, e eu respondo apontando para minha paixão inicial por explorar as maiores questões sobre o nosso universo. Bem, junto com assistir Star Wars em uma idade impressionável.

Esse fascínio pelo fundamental é um caminho bem trilhado por muitos cientistas iniciantes. Aprender sobre campos alucinantes como a relatividade geral, que descreve o universo em grandes escalas, e a física quântica, que governa o micromundo de átomos e partículas, pode ser uma maneira poderosa de estimular mentes jovens.

Para muitos outros, no entanto, a estrada para a física (como o inferno) é pavimentada com boas intenções. O que move sua paixão não são tanto os segredos esotéricos do cosmos, mas a aplicação da ciência mais recente para resolver problemas sociais e desafios globais – das desigualdades de saúde à emergência climática. Ambas as motivações são válidas, talvez até essenciais, ajudando a formar um círculo virtuoso entre a pesquisa “blue sky” e a inovação.

No entanto, essa abordagem de dupla via para pesquisa e inovação – essencial para a missão contemporânea de conselhos de pesquisa e agências de financiamento em todo o mundo – não é tão moderna quanto pode parecer. Este ano marca o bicentenário do nascimento de William Thomson, também conhecido como Lord Kelvin, sem dúvida o cientista mais influente do século XIX, e talvez além. Ele era um mestre em combinar descoberta fundamental com impacto social e comercial.

Pedra angular da física

Thomson foi professor de filosofia natural na Universidade de Glasgow por 53 anos, fazendo contribuições revolucionárias à física, matemática e engenharia que repercutem até hoje.

Ele é provavelmente mais conhecido por seu trabalho sobre energia e as leis da termodinâmica, a ciência do calor e do trabalho, que são frequentemente aclamadas como as leis mais inquebráveis ​​da natureza. O astrofísico britânico Arthur Eddington teria declarado na década de 1920 que a termodinâmica detém “a posição suprema entre as leis da natureza”, acrescentando: “Se sua teoria for considerada contrária à segunda lei da termodinâmica, não posso lhe dar esperança; não há nada a fazer a não ser entrar em colapso na mais profunda humilhação.”

A termodinâmica ainda desempenha um papel central na física moderna, sustentando pesquisas em ciência da informação, mecânica quântica, cosmologia e até mesmo teorias da vida e da consciência. Na verdade, ela é uma pedra angular da física moderna tanto quanto a relatividade geral e a mecânica quântica. Qualquer “teoria de tudo” final precisará ser consistente com as leis da termodinâmica.

Talvez a descoberta mais conhecida de Thomson seja o conceito de zero absoluto na escala de temperatura, que é chamado Kelvin em homenagem ao título que ele receberia em 1892. Mas quando olhamos além de seu trabalho em termodinâmica, suas realizações são notáveis ​​não apenas por sua amplitude, mas também por sua diversidade. Elas variam de descobertas teóricas abordando as maiores questões de pesquisa da atualidade a invenções práticas que impulsionam a inovação industrial e comercial.

Principais atributos de Kelvin

O que tornou Thomson tão bem-sucedido? Há três aspectos-chave de sua abordagem à pesquisa e descoberta que acredito que o marcaram como um cientista para as eras.

Primeiro, havia sua proeza matemática extraordinária. Isso se aliava à sua profunda apreciação do poder da matemática para explicar o mundo natural – um poder do qual ele se valeu muito ao longo de sua carreira. Isso é capturado em uma citação profunda que foi atribuída a Thomson: “O fato de a matemática fazer um trabalho tão bom de descrever o universo é um mistério que não entendemos e uma dívida que provavelmente nunca seremos capazes de pagar.”

Mas Thomson era muito mais do que um matemático por excelência. Ele também entendeu que a medição e quantificação precisas eram ferramentas essenciais para o progresso científico – uma ideia que encontramos expressa em seu livro Popular Lectures and Addresses de 1889. “Quando você pode medir o que está falando e expressar isso em números, você sabe algo sobre isso”, ele escreveu.

O talento de Thomson para inventar instrumentos científicos engenhosos lhe garantiu 70 patentes, possibilitou dezenas de avanços científicos e fez dele um empreendedor de grande sucesso.

Terceiro, havia a capacidade extraordinária de Thomson de pensar “fora da caixa”, de olhar para um problema de uma forma completamente nova. Para mim, não há melhor exemplo desse pensamento visionário do que o trabalho de Thomson na instalação do primeiro cabo telegráfico transatlântico. Este foi um imenso desafio tecnológico que foi descrito como o “projeto Apollo” dos anos 1800.

Ela revolucionou o mundo vitoriano tão profundamente quanto a internet e as comunicações móveis mudaram o nosso.

Após tentativas frustradas na década de 1850, a genialidade de Thomson foi fundamental (literalmente!) para a primeira expedição bem-sucedida de instalação de cabos em 1865. Sua compreensão das semelhanças entre transferência de calor e transporte elétrico permitiu a Thomson modelar como os impulsos elétricos seriam distorcidos à medida que viajassem por cabos submarinos.

Mas os avanços experimentais de Thomson também foram fundamentais. Em vez de usar um sinal mais forte, exigindo um cabo muito mais pesado e caro, ele inventou instrumentos que podiam medir precisamente sinais elétricos extremamente fracos, transmitidos como código Morse. Eles eram conhecidos como galvanômetro de espelho e, mais tarde, gravador de sifão. Eles eram essencialmente um precursor de uma impressora jato de tinta moderna.

Essas invenções foram transformadoras e, como resultado, as comunicações globais foram transformadas para sempre. Como meu falecido colega David Saxon escreveu em 2007, “o cabo transatlântico encolheu o mundo mais do que qualquer coisa antes ou depois”.

Por tudo isso, Thomson foi nomeado cavaleiro pela primeira vez em 1866, e depois enobrecido como Lord Kelvin em 1892 – o primeiro cientista a ser homenageado dessa forma. E a elegante combinação de tecnologia de ultraprecisão e teoria de ponta de Thomson para detectar sinais extremamente fracos ressoa fortemente com a história de nossos interferômetros a laser LIGO, os instrumentos científicos mais sensíveis já construídos. Foi exatamente essa combinação que permitiu a descoberta, ganhadora do prêmio Nobel de 2015, de ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais.

A ciência e a tecnologia dos buracos negros e das ondas gravitacionais pertencem firmemente ao domínio pós-Kelvin da física einsteiniana. Mas acredito que esse domínio – e a tecnologia quântica transformadora que ele permitiu – se inspira no exemplo pioneiro de William Thomson, que combinou pesquisa fundamental e inovação para mudar o mundo.