Homenagem do dia: Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild (Frankfurt am Main, 9 de outubro de 1873 — Potsdam, 11 de maio de 1916) foi um astrônomo e físico alemão e um dos fundadores da moderna astrofísica.
Karl foi o mais velho de seis irmãos. Seus irmãos eram Alfred, que foi um artista; Hermann, agricultor; Otto, consultor financeiro; Robert, industrial e Klara, que se casou com o astrofísico e meteorologista suíço Robert Emden. Seu pai, Moisés Martin Schwarzschild, de quem teria herdado a capacidade de trabalho, foi ativo na comunidade de negócios da cidade, e sua mãe, Henrietta Francisca Sabel, foi uma pessoa vivaz e calorosa, de quem teria herdado os traços que formariam sua personalidade. Sua grande família era conhecida por cultivar profundo interesse em arte e cultura. No entanto, Karl se tornou o primeiro da família a seguir uma carreira na ciência.
Karl frequentou uma escola judaica até os 11 anos de idade, sendo uma espécie de criança prodígio. Seu talento se manifestou muito cedo, ao se interessar por astronomia enquanto ainda estudava no ginásio de Frankfurt. Nessa época, economizou todo o dinheiro que podia para comprar os materiais necessários para construir seu próprio telescópio. O pai de Karl conheceu o professor J. Epstein que lecionava na Philanthropim, a escola da comunidade judaica de Frankfurt, e tinha um observatório privado. Karl fez amizade com o filho do professor, Paul Epstein, dois anos mais velho, que partilhava do seu interesse por astronomia. Karl aprendeu com ele a usar um telescópio, bem como os princípios da matemática avançada.
Aos 16 anos Karl escreveu dois artigos sobre a mecânica celeste, com foco nas órbitas de estrelas binárias, e teve seus trabalhos publicados na Sociedade Astronômica em 1890.
De 1891 a 1893 Karl estudou na Universidade de Estrasburgo, onde concentrou-se em astronomia prática. Obteve seu doutorado pela Universidade de Munique em 1896, com uma tese sobre a aplicação da teoria de Poincaré da rotação de corpos estelares (estabilidade do sistema solar). Seu orientador foi Hugo von Seeliger, a quem mencionaria diversas vezes ao longo de sua vida.
De 1897 a 1899 Karl foi contratado como assistente no Observatório Kuffner, no distrito de Ottakring, em Viena, na Áustria. Foi contratado para a investigação e medição da magnitude aparente (brilho observado) de estrelas, usando placas fotográficas. Ao estudar os desvios geométricos do sistema óptico, produziu uma fórmula para calcular a densidade óptica do material fotográfico. Essa fórmula foi especialmente importante para trabalhar com medições fotográficas de intensidades fracas distantes (objetos astronômicos). O expoente dessa fórmula é conhecido hoje como “expoente de Schwarzschild”.
No verão de 1899, Schwarzschild tornou-se professor na Universidade de Munique, depois de apresentar sua tese intitulada Contribuições para o tratado da fotometria de estrelas, elaborado a partir do seu trabalho no Observatório Kuffner. Escolhendo 367 estrelas para fazer suas medições, incluindo duas estrelas variáveis, ele verificou que a gama de variação das magnitudes medidas pelos seus métodos fotográficos era muito maior do que o intervalo de variação de magnitude visual. Percebeu, assim, que isso se devia às mudanças na temperatura da superfície da estrela variável por meio de seu ciclo.
É interessante notar que, em 1900, Karl já havia ponderado sobre a estrutura não-euclideana da geometria espacial, e suas ideias foram expostas na reunião da Sociedade de Astronomia da Alemanha, em Heidelberg. No mesmo ano, publicou um artigo em que deu um limite inferior para o raio (mensurável) da curvatura do espaço como 64 anos-luz(supondo um espaço hiperbólico) ou 1600 anos-luz (um espaço elíptico). Ao lidar com a pressão da radiação solar, assumiu que as caudas de cometas consistiam de partículasesféricas que atuam como refletores de luz. Assim, foi capaz de calcular o tamanho destas partículas. Ele soube instintivamente que a pressão da radiação solar tendia de alguma forma a superar a gravidade o que fazia as partículas não dispersarem a luz. Desta forma, permitiu-se deduzir que os diâmetros exatos das partículas variavam entre 0,07 a 1,5 mícrons.
Em 1902, foi nomeado professor na Universidade de Göttingen e também diretor de seu Observatório. Em Göttingen teve a oportunidade de trabalhar com algumas figuras significativas que habitavam a universidade, como os matemáticos David Hilbert, Felix Klein e Hermann Minkowski.
Schwarzschild estudou os fenômenos astrofísicos associados ao mecanismo de transporte de energia através de uma estrela por meio de radiação e produziu um importante artigo sobre o equilíbrio radioativo da atmosfera do sol. Inventou um interferômetro com múltiplas fendas e usou-o para medir a separação de sistemas duplos próximos. Durante um eclipse total do sol, em 1905, obteve espectrogramas que lhe forneceram informações sobre a composição química de várias regiões a diferentes altitudes na atmosfera solar. Mais tarde desenhou um espectrógrafo com o objetivo de determinar de uma forma mais rápida e confiável a velocidade radial das estrelas bem como seu tipo espectral, temperatura e cor.
Karl introduziu o conceito de equilíbrio radioativo em astrofísica e foi provavelmente o primeiro a compreender como tal processo era importante na transferência de energia em atmosferas estelares. Em 1906, Karl publicou um artigo que mostrava que estrelas já não podiam ser consideradas como um gás mantido por sua própria gravidade, mas que as questões da termodinâmica sobre a transferência de calor devido à radiação e convecção precisava ser tratada com todo o empreendimento matemático. No mesmo ano, publicou o seu trabalho sobre transferência de energia na superfície do sol.
Em 22 de outubro de 1909, casou-se com Else Posenbach, filha de um professor de cirurgia da da Universidade de Göttingen. O casal teve três filhos: Agathe Schwarzschild, que viria a se tornar professora de Literatura, Martin que seguiria os passos do pai, tornando professor de Astrofísica em Princeton, e Alfred Schwarzschild.
Logo após seu casamento, ao final de 1909, Schwarzschild deixou Göttingen para assumir o cargo de diretor do Observatório de Astrofísica de Potsdam. Este foi o posto mais prestigioso disponível para um astrônomo na Alemanha e ele ocupou a posição com grande sucesso, sendo mencionado por Arthur Eddington: “…Para um homem de seus amplos interesses em todos os ramos da matemática e da física, estar nestas imediações deve ter sido muito agradável…”.
Em 1910, teve a oportunidade de estudar fotografias do retorno do cometa Halley, tiradas por uma expedição de Potsdam a Tenerife.
Em 1913, foi eleito membro da Academia Prussiana de Ciência em Berlim.
Logo depois, em 1914, a Europa foi assolada com a eclosão da I Guerra Mundial. Schwarzschild ingressou no exército alemão como voluntário, apesar de estar acima dos 40 anos de idade. Atuou em ambas as frentes, oriental e ocidental, chegando à patente de tenente da divisão de artilharia. Serviu na Bélgica, onde foi encarregado de uma estação meteorológica local, e na França, onde produziu cálculos da trajetória de mísseis.
Enquanto servia na Rússia, apesar de sofrer de uma rara doença de pele, muito dolorosa (pênfigo), ele conseguiu escrever três trabalhos fundamentais: dois contendo as soluções exatas para as equações de campo de Einstein da Teoria Geral da Relatividade, a nova teoria do espaço-tempo e gravitação, e um sobre a teoria quântica de Planck. Seus trabalhos sobre a Teoria Geral da Relatividade deram a primeira solução exata para as equações de campo de gravitação no espaço vazio em torno de massas esféricas de Einstein. A solução que leva o seu nome (métrica de Schwarzschild) envolve, na verdade, uma ligeira modificação da solução original de Einstein. Além disso, Karl foi o primeiro cientista a introduzir o formalismo lagrangiano (de Joseph Louis Lagrange, matemático italiano) no campo eletromagnético.
Schwarzschild foi também pioneiro no desenvolvimento da teoria de espectros atômicos proposta por Niels-Bohr. Independente de Arnold Sommerfeld (físico alemão que introduziu a constante da estrutura fina), Schwarzschild desenvolveu as regras gerais de quantização, definiu a teoria completa do efeito Stark (efeito de um campo elétrico da luz) e iniciou a teoria quântica de espectros moleculares.
