Se compararmos a Física do final do século XIX com a de cem ou duzentos anos antes, poderemos considerar que o avanço científico havia sido espantoso. Os maiores sucessos não foram a descoberta de novos fenômenos, mas sim resultados teóricos que revolucionaram a visão sobre os principais fenômenos físicos. O eletromagnetismo conseguiu inicialmente unir duas áreas de estudo que eram totalmente separadas antes - a eletricidade e o magnetismo. Essa síntese foi apenas um primeiro passo, pois o estudo dos fenômenos eletromagnéticos levou, na segunda metade do século XIX, à previsão de ondas eletromagnéticas com a mesma velocidade da luz. Essas ondas foram depois criadas experimentalmente por Hertz, e confirmou-se que elas tinham propriedades muito semelhantes à das ondas luminosas. Concluiu-se então que a luz era um tipo especial de ondas eletromagnéticas, de alta freqüência, e assim a óptica passou a ser uma parte do eletromagnetismo.
O estudo da luz e das novas radiações havia levado a muitos sucessos, mas também trouxe grandes problemas. O espectro da luz do Sol, quando analisado com um espectrógrafo, mostra linhas escuras (descobertas por Fraunhofer). Depois se compreendeu que cada elemento químico em estado gasoso é capaz de emitir ou absorver luz com um espectro descontínuo de raias, e que o espectro do Sol é produzido pelos gases que o cercam. A espectroscopia se tornou um importante método de identificação dos elementos, e passou a ser um instrumento fundamental na química. Mas qual era a causa física dessas raias? De acordo com a teoria ondulatória da luz, cada linha do espectro deveria estar relacionada a algum fenômeno de oscilação regular, de uma freqüência exata, capaz de emitir ou absorver aquela radiação. O que existia, nos átomos, que pudesse produzir isso?
Durante a última década do século descobriu-se que os raios X e a radiação ultravioleta podiam descarregar eletroscópios. Em alguns casos, a luz visível também podia produzir esse "efeito fotoelétrico", mas o fenômeno dependia da freqüência da luz e do tipo de metal utilizado. Não se compreendia como isso ocorria, nem por que motivo alguns tipos de luz não conseguem produzir o efeito fotoelétrico. Compreendeu-se que, no efeito fotoelétrico, a radiação arranca elétrons dos metais. Esse efeito deveria depender da intensidade da luz (energia), e não da cor ou freqüência. Mas não era isso o que acontecia.
A teoria quântica, que é o tema que nos interessa aqui, surgiu da tentativa de compreender os problemas de interação da radiação com a matéria e solucionar alguns desses problemas. Procurando fundir a teoria eletromagnética da luz com a termodinâmica e a mecânica estatística, logo surgiram dificuldades que pareciam insuperáveis. O primeiro passo no desenvolvimento da teoria quântica foi dado por Max Planck, há cem anos - mais exatamente, em 1900. Nos primeiros anos do século XX, a teoria quântica começou a resolver diversos problemas: a radiação do corpo negro foi explicada por Planck; Einstein utilizou a teoria quântica para explicar o efeito fotoelétrico e o calor específico dos sólidos; e Bohr desenvolveu um modelo atômico quântico que explicou o espectro descontínuo emitido pelos átomos. Mas esses primeiros passos eram apenas um início. Apenas na década de 1920 a teoria quântica se transformou na Mecânica Quântica, com uma compreensão mais profunda da dualidade onda-partícula, graças a De Broglie, Schrödinger, Heisemberg, Bohr e outros. A teoria quântica nos permitiu compreender muitos fenômenos importantes, como a estrutura de átomos e moléculas (que forma a base de toda a química), a estrutura de sólidos e suas propriedades, a emissão e absorção de radiações. Apenas através da teoria quântica podemos compreender alguns dos mais importantes fenômenos da Física.
Roberto de Andrade Martins é professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp. Veja também o seminário do autor sobre o assunto.