Robert Andrews Millikan

 

        Nenhuma descoberta promoveu tanto o avanço da ciência deste último século quanto à dos constituintes atômicos. Conhecer e entender as chamadas partículas subatômicas como elétrons e prótons foi fundamental para o desenvolvimento da química moderna, da eletrônica e mesmo da biologia. Dentre as fascinantes descobertas neste ramo está a da carga do elétron. A carga elementar, como é referida, revolucionou o conhecimento da natureza atômica da matéria e deu à eletricidade uma personalidade única e especial. O protagonista principal neste campo foi o americano Robert Andrews Millikan.
 

        Millikan nasceu em 22 de março de 1868 no estado de Illinois, EUA. O convívio com seus irmãos, seu avô e seus pais que tinham a mente aberta, ensinou-lhe a importante arte de arranjar-se sozinho e a amar a vida simples. Na autobiografia de percebe-se como foram inesquecíveis esses anos serenos de sua infância.
 

        Passou a juventude em Maquoketa no estado de Iowa, onde concluiu seus primeiros estudos. Ingressou depois no Oberlin College, no qual veio a ser suplente no ensino da física. Millikan fez do magistério o início de uma carreira que o levou ao Prêmio Nobel de Física.
 

        Fortes razões levaram-no a aceitar o cargo de professor suplente de Física que lhe foi oferecido quando estudava no Oberlin College. Uma foi financeira: o salário era o maior que já recebera. Anteriormente, havia trabalhado como repórter e como operário em uma fábrica. Outra razão foi a afirmação de seu professor de grego, de que seu bom comportamento como aluno lhe permitia seguramente ter êxito também ao lecionar Física. Não era exagero do professor: dedicando as férias ao estudo da nova matéria, Millikan descobriu que "a Física se ensinava sozinha". Tal descoberta fez com que ele se apaixonasse pela ciência.
 

        A Física moderna é caracterizada pelos grandes progressos alcançados graças à construção de diversas teorias a partir da possibilidade de, no plano experimental, verificar os fatos que as conclusões que essas teorias prevêem. Essa verificação experimental é, às vezes, muito difícil. Se Millikan tivesse nascido, por exemplo, no tempo de Galileu Galilei, disporia apenas de processos primitivos e artesanais para a técnica experimental necessária: não poderia sequer medir a pressão do ar, por não dispor de bom vidro e de chama quente o bastante para modelá-lo num barômetro.
 

        Mas, nesses tempos, a intuição e os poucos meios de laboratório eram suficientes para o alcance reduzido das indagações que se ofereciam; as descobertas, mesmo as mais importantes, nasciam mais da intuição que do laboratório. Hoje os problemas que se apresentam aos cientistas são muito mais complexos e exigem o desenvolvimento de técnicas que facilitem o aprofundamento das pesquisas.
 

        No princípio do século XX, muitos cientistas dedicaram-se à obra sistemática de medir as constantes naturais mais importantes - a carga do elétron, características espectroscópicas dos átomos, velocidade da luz, etc - para que o conhecimento do mundo físico constasse, além da teoria, de um bom conjunto de dados e números. Para se ter idéia da importância dessa tarefa, basta dizer que, embora seja entusiasmante a determinação teórica de como se dispõem os elétrons e o núcleo dentro do átomo, só a comprovação prática através da pesquisa da disposição de todos os elétrons em todos os átomos é que faz a descoberta científica utilizável na prática. A constatação experimental torna suposições em realidade.
 

        Foi nesse setor de trabalho que Millikan retribuiu à sua época as oportunidades e os estímulos que ela lhe proporcionou: com Albert Michelson, na pesquisa física, e George Hale, na astronômica, formou o célebre trio que se destacou nos EUA da época, sobretudo no desenvolvimento de técnicas experimentais.
 

        Após lecionar no Oberlin College durante os anos de 1891 a 1893, Millikan inscreveu-se na faculdade de Física de Columbia, disposto a aprofundar seus estudos e a obter a graduação. Nesse período foi ajudado pelo professor Ogden Rood, que o assistiu em suas pesquisas sobre a polarização da luz emitida por um corpo incandescente, das quais resultou uma ótima tese, premiada dois anos depois.
 

        Em 1895, Millikan consegue a graduação, e surgem novas dificuldades financeiras: não obtém um cargo fixo em Columbia, por não haver nenhuma vaga disponível e, então, é aconselhado por Pupin, professor da Universidade, a obter uma bolsa de aperfeiçoamento em Física na Alemanha. Pupin, sabendo que mesmo o melhor dos conselhos é inútil se não há meios para segui-lo, nem aguardou a concessão da bolsa de estudo: deu 300 dólares a Millikan para que ele partisse.
 

        Não era muito dinheiro, mas, na Europa, além de freqüentar as Universidades de Berlim e de Gottingen, Millikan manteve contato com todos os grandes físicos do continente. O esforço era compensado: a Física vivia um momento de progresso excepcional, com a descoberta dos raios X, da radioatividade, do elétron e do quantum de radiação, que descortinava perspectivas de cuja existência nem se podia suspeitar antes.
 

        Quando Millikan já gastava seus últimos dólares, recebeu um telegrama convidando-o a trabalhar como assistente do Professor Michelson, com quem estudara em Chicago, no ano de 1894. Oportunidade rara tão desejada que ele só não aceitou imediatamente porque não tinha como voltar. Seu pouco dinheiro, contudo, permitiu-lhe ir de trem até Londres. Valendo-se de sua simpatia, acabou encontrando um capitão de navio mercante disposto a transportá-lo a crédito. O capitão não se arrependeu: Millikan pagou-lhe tão pontualmente quanto restituíra ao Professor Pupin, acrescidos de 7% de juros, os 300 dólares emprestados.
 
 

        Em Chicago, dedicou seus primeiros anos às pesquisas para a determinação da carga do elétron e a organização de cursos e textos para o ensino universitário. Elaborou um novo sistema didático baseado, sobretudo, nas pesquisas e experiências de laboratório, das quais fazia participar os estudantes, no início como assistentes e, depois, como colaboradores. Se hoje pode ser considerado relativamente fácil, no início deste século medir a carga do elétron parecia praticamente impossível.
 

        A partir de 1906, iniciou pesquisas para determinar a quantidade de carga elétrica num elétron. Para tanto, analisou o comportamento que gotículas de água com carga elétrica manifestavam quando submetidas a duas influências simultâneas no interior de uma câmara fechada: a da gravidade e de forças elétricas conjuntas.
 

        Essas forças elétricas eram muito fortes e a nuvem de vapor d'água desaparecia rapidamente, mas Millikan fez desse problema uma vantagem: quando o campo elétrico era ligado, gotas individuais se mantinham visíveis. Se fosse possível fazer medições dessas gotas, os efeitos dos elétrons individuais poderiam ser determinados. Uma idéia brilhante, mas com um problema: a água se evapora!
 

        Sendo assim, ele substituiu a água por gotas de óleo, que não se evaporam. Contando agora com um aparelho capaz de produzir uma névoa de óleo, Millikan mostrou-se cada vez mais confiante de que a carga elétrica de um elétron podia ser medida com precisão.
 

        A essência da experiência é aplicar um campo elétrico a uma gota de óleo carregada com eletricidade. Em seguida, analisar o resultado utilizando a equação de Newton: F = m a. A massa da gota vezes a aceleração é igual à soma de todas as forças que agem sobre ela. Mas que forças agem em uma gota de óleo em movimento de queda? A força da gravidade, é claro, e o efeito da viscosidade do ar.
 

        Com auxílio de equações adequadas, Millikan determinou a velocidade constante de queda de cada gota e assim, pode determinar o tamanho de cada uma delas, que eram muito pequenas, mesmo vistas através de seu telescópio. O que Millikan viu assemelhava-se a um ponto de luz, que não podia ser visto com sua forma esférica.
 
 

        A experiência foi projetada com minúcia de detalhes. Para reduzir ao mínimo a turbulência sobre as gotas de óleo que caíam entre placas paralelas, uma pesada panela de ferro foi projetada para conter e proteger as placas. O ar era filtrado com lã de vidro antes de entrar no vaporizador que deveria lançar a mais fina nuvem de gotas de óleo na câmara. Mesmo a luz que iluminava as gotículas foi pesquisada: uma solução de sulfato de cobre e um tubo de água de um metro de comprimento deveriam remover o excesso de calor produzido pela luz.
 
 

        Durante horas ele observou através de seu telescópio o que acontecia dentro da câmara. À medida que adquiriam mais carga, as gotículas sofriam variações em seu movimento de queda, chegando a deter-se ou até reverter seus movimentos. Muitas e muitas vezes, ele observaria a subida e a descida da gotícula.
 
 

            Para escrever as equações de forças para uma gota de óleo temos que considerar 3 situações:
 
 

            A partir dessas 3 situações é possível deduzir as seguintes equações:
 
 

        Com essas equações é possível determinar a carga do elétron (q).

        Centenas de medidas foram obtidas, registradas e analisadas para produzir a medição mais precisa da unidade fundamental de carga elétrica. O valor final publicado foi:
 
 

        Esse trabalho foi o último estudo necessário para provar definitivamente que a eletricidade possuía natureza corpuscular.
 

        A segunda contribuição de Millikan para a Física foi demonstrar serem verdadeiras as equações deduzidas teoricamente por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico. O valor da constante de Planck também foi por ele determinado experimentalmente, confirmando o previsto pelos cálculos teóricos.
 

        Estes resultados, fundamentais para a Física, levaram Millikan à notoriedade mundial e ao Prêmio Nobel de 1923. Mas já em 1913, merecera o prêmio da Academia Nacional de Ciências dos EUA pelos estudos sobre a carga do elétron apresentados ao congresso de Winnipeg, sendo convidado em 1914 a integrá-lo.
 

        O valor da constante de Planck também foi por ele determinado experimentalmente, confirmando o previsto pelos cálculos teóricos; a valência dos átomos na ionização de gases; os limites do espectro da radiação ultravioleta; as características de absorção de raios X por diversos elementos; a tensão necessária para provocar a descarga elétrica sob alto vácuo segundo a natureza das superfícies dos eletrodos; o movimento browniano e a propulsão por foguetes foram outras pesquisas que ocuparam a vida de Millikan. Estimulado pela amizade com o astrofísico George Hale, dedicou-se ainda à espectroscopia e, durante a I Guerra Mundial, estudou sistemas de armas para a marinha e aeronáutica.
 

        Em 1921, após 25 anos de colaboração com Michelson, Millikan trocou a cátedra de Chicago pela direção do laboratório de Física do Caltech California Institute of  Technology, onde estudou os Raios Cósmicos, denotação que ele também criou. Em sua opinião, eles eram uma forma de radiação eletromagnética, semelhante aos raios gama, porém mais intensos. Outros pesquisadores mostrariam, mais tarde, que eles possuíam natureza corpuscular.
 

        Tal foi sua dedicação, que em poucos anos se tornou o maior conhecedor mundial do assunto: para estudar sua intensidade e seu poder de penetração, chegou a organizar expedições científicas aos Andes Bolivianos, à Índia e à Tasmânia.
 

        Robert Millikan morreu a 20 de dezembro de 1953, em San Marino, Califórnia. Tinha 85 anos de idade. Deixou uma obra de organizador e educador, que demonstra o entusiasmo e a energia infatigável com que empreendia todas as suas tarefas. Millikan via no universo e nos eventos humanos a manifestação de uma inteligência superior. Afirmava que o único fundamento válido para o conhecimento racional consistia na combinação do espírito do físico com o do religioso.
 

        O nome de Millikan tornou-se e permanece ainda hoje, um sinônimo de progresso científico. Na primeira metade do século XX, sua imagem junto com a de Albert Einstein era a do mais famoso Físico da América do Norte.