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Além da incerteza, segunda parte

sábado, 11 jul 2009; \28\UTC\UTC\k 28 Deixe um comentário Go to comments

O Clube do Urânio

Otto HahnKurt DiebnerFriedrich Hund
Carl von WeizsäckerKarl WirtzWalther Gerlach

Otto Hahn, Kurt Diebner, Friedrich Hund, Carl von Weizsäcker, Karl Wirtz e Walther Gerlach
Em 1938 ficou evidente a potencialidade de nova fonte de energia da fissão nuclear, realizada pela primeira vez por Otto Hanh e Fritz Strassmann em Berlim nazista. Em setembro de 1939, no mesmo dia da invasão alemã da Polônia e a declaração de guerra dos Aliados, a Physical Review publicou um artigo de Bohr e Wheeler (Phys. Rev. 56 (1939) 426-450) com o primeiro esboço de uma teoria da fissão nuclear no qual eles indicavam como misturas adequadas de diferentes isótopos de urânio poderiam ser utilizadas para produzir reações controladas e descontroladas com enorme liberação de energia. Siegfried Flügge, pupilo de Heisenberg e então no Instituto de Química do Kaiser Wilhelm em Berlim, imediatamente tornou público o interesse alemão na energia nuclear para fins práticos com seu artigo “Pode o conteúdo energético de nucleos ser tecnicamente útil?” (Naturwissen. 27, 23, 402-410 (1939)). A corrida para o uso da energia nuclear começava junto com a guerra. A Alemanha foi a primeira nação a ter um programa para estudar a exploração da energia nuclear com fins bélicos. Em 16 de setembro de 1939, o Escritório de Armas do Exército convocou uma primeira reunião idealizada por Kurt Diebner, físico pesquisador do exército especialista em explosivos, para discutir o potencial da energia nuclear. Heisenberg, Hahn e von Weizsäcker integrariam o recém criado Clube do Urânio a partir de 26 de setembro.

O clube do urânio pesquisou obter um reator nuclear primordialmente, prometendo para o exército a possibilidade de um gerador a ser utilizado em tanques e submarinos. Uma bomba era uma aplicação óbvia de conhecimento de todos os envolvidos, porém a quantidade de urânio explosivo necessária era considerada difícil, senão impossível de ser obtida com os métodos de separação química. Por outro lado, o lixo de um reator de urânio, plutônio, podia ser separado quimicamente em quantidade adequada para formar uma bomba. Heisenberg estimava que possivelmente após obter um reator nuclear, alguns anos seriam necessários até que uma bomba fosse viável. O que eles nunca descobriram foi que o urânio explosivo podia ser separado do urânio mineral natural através de um método desenvolvido por Gustav Ludwig Hertz. Devido sua descendência judaica, Gustav Hertz foi demitido de sua posição acadêmica, embora manteve-se pesquisando na Alemanha no laboratório de pesquisa da Siemens. Os alemães não conseguiram fabricar um reator nuclear ou um explosivo. O Projeto Manhattan construiu com sucesso a bomba de urânio com o método de Hertz e uma de plutônio obtido por separação química.

As publicações mantiveram-se restritas ao clube em relatórios ao exército que foram recuperados no pós-guerra. Heisenberg mergulhou-se intensamente para realizar o projeto com sucesso a partir de 1939 e tornou-se o líder teórico da empreitada, incluindo desenhos de modelos de geometrias para reatores. Em Leipzig, Hund montava os reatores com seus assistentes de acordo com os modelos de Heisenberg. Diebner em Berlim tinha um grupo independente e realizava modelos próprios. Outras unidades envolvidas incluiam os berlinenses Instituto de Química do Kaiser Wilhelm e o Instituto de Física do Kaiser Wilhelm, ambos supervisionados de perto por Walther Gerlach que era diretor da Academia do Kaiser Wilhelm para Avanço da Ciência (Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft, KWG).

Um episódio misto de curioso e trágico deste período foi a tentativa de assassinato de Heisenberg por um agente da OSS, futura CIA. O agente (Morris Berg) estabeleceu contato com o físico experimental Paul Scherrer do ETH Zurique, disposto a colaborar. Scherrer convidou Heisenberg a Zurique em dezembro de 1944. Durante o jantar da visita na casa de Scherrer, Berg sentou-se ao lado de Heisenberg com um arma carregada, preparado para matar o físico no primeiro indício de que os alemães estavam construindo uma bomba. Ciente que na neutra Suíça seria vigiado por espiões de ambos os lados, Heisenberg manteve-se discreto. A sua única declaração que gerou furor foi que a Alemanha provavelmente perderia a guerra. A declaração foi telegrafada para SS por um espião da Gestapo presente no jantar, quase iniciando uma nova investigação da confiabilidade política de Heisenberg.

O clube do urânio buscou um reator de fissão até o último momento. Em janeiro de 1945, devido aos bombardeios dos aliados à Berlim, toda a pesquisa nuclear realizada na cidade foi transferida para outros locais. Uma montagem de Wirtz foi desmantelada por ordem de Gerlach para ser transportada a um posto improvisado em Hechingen onde a equipe do Instituto de Física do Kaiser Wilhelm, agora liderada por Heisenberg, havia transferido seu laboratório. Gerlach abruptamente parou a caravana em Stadtilm em Thüringen onde encontrou a nova instalação de Deibner, e ordenou a remontagem do reator, temendo que o fim da guerra não permitisse a eles chegarem ao posto em Hechingen. Heisenberg e von Weizsäcker receberam um telefonema para deixarem o laboratório e irem a Stadtilm em uma última tentativa que reuniria os grupos que antes estavam separados. Os recursos também seriam combinados: urânio e água pesada que estavam a disposição do grupo de Heisenberg foram transportados de Hechingen a Stadtilm em um comboio o mais rápido que a guerra permitia. O material chegou na última semana de fevereiro de 1945, apenas dois meses antes do fim da guerra. Na cidade vizinha a Stadtilm, Haigerloch, o grupo montou o último reator nuclear do projeto. Mesmo cientes que o fim da guerra estava próximo e que qualquer sucesso nos meses seguintes teria nenhuma importância bélica para o desfecho do conflito, o Clube do Urânio trabalhou intensamente para alcançar seu objetivo. Na primeira semana de março de 1945, Heisenberg, Wirtz e uma equipe de técnicos começou a montagem do reator cilíndrico, com blocos de urânio suspensos de uma cobertura de grafite de um tanque que seria enchido com água pesada. A medida que água pesada entrava no tanque, nêutrons emitidos pelo decaimento do urânio reagiam com a água produzindo mais nêutrons, uma multiplicação da reação nuclear em cadeia controlada que eles desejavam. A medida que a multiplicação ocorria durante a liberação de água pesada, eles perceberam que não atentaram para um ingrediente básico de segurança: caso a reação saísse do controle — levando a explosão do reator — , chapas de cádmio (um forte absorvente de nêutrons) seriam mergulhadas no tanque, todavia, eles não calcularam se a quantidade disponível era a necessária para o novo arranjo. Ainda assim, o experimento não foi interrompido. Eles não obtiveram sucesso. Com o avanço das tropas aliadas, Diebner e Gerlach em 8 de abril abandonaram qualquer tentativa e fugiram para Munique e Heisenberg foi encontrar sua família em sua casa de verão em Urfeld. Em 3 de maio, um pequeno esquadrão norte-americano orientado pela OSS e violando um tratado com a França, invadiu a vila de Urfeld, subiu a montanha e encontrou Heisenberg calmo sentado na varanda. Sem que seus familiares pudessem entender o que estava ocorrendo, Heisenberg seguiu para seu escritório, pegou todos os documentos pertinentes e entregou-se. Até junho daquele ano, ele, Wirtz, Gerlach, von Laue, Hahn, Deibner, von Weizscäcker e outros foram presos pelos norte-americanos e deportados para Inglaterra.

Agentes da OSS desmantelam o pro-reator nuclear do clube do urânio em Haigerloch (provavelmente maio de 1945).

Agentes da OSS (futura CIA) desmantelam o pro-reator nuclear do clube do urânio em Haigerloch (provavelmente maio de 1945).

Vocês devem concordar comigo que o final de 1944 e o ano de 1945 foi uma grande aventura!🙂 Não é qualquer um que pode dizer ao final da vida que quase foi morto por um agente da CIA!

Visita a Copenhague em 1941

Em alguns países invadidos, a Alemanha manteve um instituto de propaganda nazista denominado Instituto de Cultura Alemã. Em setembro de 1941, poucos meses depois do Clube do Urânio obter a primeira multiplicação de urânio bem sucedida — na rota para um reator — e identificar o plutônio como um material com potencial explosivo, Heisenberg foi convocado pelo governo para dar palestras no instituto de propaganda nazista na ocupada Copenhague. Heisenberg conseguiu encontrar-se com Bohr na semana de 15 de setembro, o encontro ficcionalmente retratado na peça de teatro Copenhague. Nenhum registro imparcial existe do encontro. Há o relato conflitante por parte de Heisenberg e Bohr. Você pode ouvir o próprio Heisenberg em uma entrevista à BBC de 1965. Em 1957, o livro de Robert Jungk Brighter than a Thousand Suns trazia uma longa carta de Heisenberg descrevendo o encontro. Nas cartas não-enviadas tornadas públicas pelo arquivo Niels Bohr em 2002, Bohr corrigiu Heisenberg em quase todos os pontos de sua descrição do encontro. No mais antigo e também completo rascunho de tal carta, Bohr diz:

Eu creio que lhe devo dizer que estou muito impressionado em ver como a sua memória o iludiu em sua carta ao autor do livro […]. Pessoalmente, eu lembro de cada palavra de nossas conversas que ocorreram em um pano de fundo de extrema tristeza e tensão para nós aqui na Dinamarca. […] Eu também lembro distintamente nossa conversa em minha sala do Instituto, onde em termos vagos você falou de tal maneira que só pode me dar a firme impressão que sob sua liderança tudo estava sendo feito na Alemanha para desenvolver armas nucleares e que você disse que você […] passou os dois anos anteriores quase exclusivamente em tais assuntos. […] Se qualquer coisa em meu comportamento podia ser interpretada como choque, isto não derivava da notícia da possibilidade de uma bomba, como eu entendia, mas sim do fato que a Alemanha estava participando vigorosamente em uma corrida para ser a primeira com armas nucleares.

O traçado histórico delineado por Cassidy evidencia que as afirmações de Bohr sobre o projeto nuclear da Alemanha estavam corretas. Possivelmente, Heisenberg transmitiu tais informações à Bohr, mas preferiu omitir estes detalhes de seus relatos futuros. Só podemos especular sobre a razão, contudo para mim a mais provável é o medo da recriminação por ter colaborado com o regime nazista combinado com uma mudança de estado mental devido a nova configuração social pós-guerra. Os relatos recuperados da época da guerra parecem indicar que Heisenberg queria que a Alemanha vencesse. Ainda assim, de suas cartas pessoais também é claro que ele não apoiava quase nenhuma medida do Nacional-Socialismo. O que se configurou na mente de Heisenberg foi provavelmente uma dualidade entre um amor a sua terra natal e uma idéia que a evolução do regime nazista estava fora do controle de um indivíduo como ele. Um documento escrito por Heisenberg (Ordnung der Wirklichkeit, do alemão “Realidade e sua ordem”, trad. inglês aqui) e publicado postumamente indica que no meio da guerra ele possivelmente acreditava que os indivíduos em uma sociedade não podiam ser considerados culpados pelos rumos históricos e que politicamente a Europa caminharia para uma ditadura nazista ou stalinista. Essa postura de desculpa do indivíduo serviu de base para Heisenberg continuar a ver seu trabalho na Alemanha como puro progresso técnico-científico sem se preocupar com as questões morais envolvidas. Apenas depois da guerra, quando outros levantaram a questão moral da pesquisa nuclear, é que Heisenberg mudou o tom de seu discurso para aquele que se tornou público.

Assuntos familiares

Noivado em 1937: Elizabeth e Werner

Noivado em 1937: Elizabeth e Werner

esq./dir.: Anna Maria, Jochen, Barbara, Wolfgang, Christine e Martin, Göttingen em 1950.

esq./dir.: Maria, Jochen, Barbara, Wolfgang, Christine e Martin, Göttingen em 1950.

Heisenberg conheceu Elizabeth Schumacher em algum momento de janeiro de 1937 em Leipzig — já dentro do 3o Reich. Os dois casaram em 29 de abril do mesmo ano em Berlim e seguiram para uma lua-de-mel pelos Alpes na Alemanha e Áustria, e em janeiro de 1938 nasciam os gêmeos Anna Maria e Wolgang, este último com nome em homenagem a Pauli que logo enviou uma carta a seu amigo Werner parabenizando-o “pela criação do par”. Os Heisenberg tiveram sete filhos, a última a nascer foi Verena (não aparece na foto acima). Pelo menos dois de seus filhos tornaram-se cientisas: Jochen, físico nuclear téorico (Ph.D. 1966 Universidade de Hamburgo, Professor de Física na Universidade de New Hampshire, Durham), e Martin, neurocientista molecular (Professor emérito da Universidade de Wüzburg).

Os relatos deixados por Elizabeth e seus filhos indicam que Werner foi um pai e marido distante. Entre os relatos, encontram-se um discurso de Wolfgang em 1991, cartas e memórias de Anna Maria, e alguns textos de Jochen e Martin. Maria escreveu “Ele não era um pai de acordo com as expectativas contemporâneas. Ele não estava presente em nenhum nascimento e nunca trocou fralda ou alimentou um de seus filhos, embora ele teve várias oportunidades em nossa família” e que sua mãe após a morte de Werner lamentava pelos dois “nunca terem se conhecido fundamentalmente”. Wolfgang relata que

Nós o víamos na semana quase sempre apenas nas refeições e mais raramente quando ele vistoriava o dever de casa. Embora eu tenha a impressão que a proteção da vida familiar era importante para ele, ele quase sempre permanecia distante. Dava as vistas que o interesse de meu pai nos caóticos relatos durante o almoço do dia escolar era limitado, assim como sua disposição em tomar partido em diferenças familiares ou problemas. Portanto, era quase sempre minha mãe que nos escutava, resolvida disputas e tentava nos manter em um mínimo de ordem. […]

Ao contrário de seu pai August, Werner manteve apenas um interesse marginal na educação de seus filhos, Wolfgang nos conta: “Apesar de seu nível de excelência, meu pai não esperava nenhum sucesso especial de nós na escola.”, mas igual a sua família anterior, Werner e Elizabeth mantinham regulares encontros familiares de música. As crianças eram iniciadas pela mãe e quando estavam aptas a tocar peças do período clássico e romântico da música de câmara européia juntavam-se ao pai. Wolfgang e Maria foram os primeiros a formar um trio com Werner, e lembram de forma muito carinhosa esses eventos.

Pós-guerra

Heisenberg em seu escritório no Instituto de Física e Astrofísica Max Planck, Munique, provavelmente por volta de 1960.

Heisenberg em seu escritório no Instituto de Física e Astrofísica Max Planck, Munique, provavelmente por volta de 1960.

O livro de Cassidy é excelente, mas não atingiu a perfeição ao condensar quase 30 anos da vida de Heisenberg em 20 páginas. Enquanto grande detalhe foi dado a infância, juventude e principalmente os anos do regime nazista, Cassidy apenas resume os anos do pós-guerra e referencia para os detalhes. O pós-guerra, no entanto, é marcado por uma mudança na vida de Heisenberg, pois ele passou grande parte desses anos, aparentemente, dedicando-se a política científica e a reconstrução da física na Alemanha. O que provavelmente seria uma bela história fica para outra leitura. Em resumo, Heisenberg, von Laue e Hahn (os três laureados Nobel dos cientistas do clube do urânio detidos pelos norte-americanos) durante o período em que estavam presos, foram os porta-vozes a frente do governo e exército dos aliados para o programa de reconstrução científica e educacional da Alemanha ocidental. Após a guerra, a Alemanha foi dividida em quatro regiões de ocupação militar: inglesa, estadunidense, francesa e soviética. O país estava agora sob comando dessas nações que programaram a restruturação social alemã e a desnazificação. O governo aliado decidiu que Heisenberg, von Laue e Hahn teriam de volta os seus institutos de física e química (os antigos institutos do Kaiser Wilhelm). Os físicos insistiram que os centros fossem vinculados a universidade, então o plano foi estabelece-los na Universidade de Göttingen. Em setembro de 1946, Heisenberg voltou a Göttingen e iniciou a restruturação do Instituto de Física, tornando-se o primeiro diretor. Ele foi renomeado para Instituto Max Planck de Física, depois Heisenberg mudou-o para Munique e renomeou-o Instituto Max Planck de Física e Astrofísica, concentrando-se em física de altas energias e astrofísica. O centro foi dividido e atualmente é o Instituto Werner Heisenberg, concentrado em física teórica, o Instituto Max Planck de Física e o Instituto Max Planck de Astrofísica. Esses institutos e outros foram o resultado do programa de restruturação da antiga Sociedade Kaiser Wilhelm para Progresso da Ciência, que se tornou a Sociedade Max Planck. Heisenberg foi diretor do instituto do dia da sua concepção até 1970, quando renunciou devido a seu estado de saúde.

Heisenberg também esteve a frente da criação do CERN, e foi embaixador da Alemanha nas negociações para a remoção de uma lei do governo provisório dos Aliados que proibia qualquer pesquisa em física nuclear aplicada ou altas energias experimental. Além disso e da diretoria do Max Planck, Heisenberg dirigiu dois órgãos de fomento a pesquisa: a partir de 1949, A Fundação Alemã para Pesquisa criada pela Sociedade Max Planck, e de 1953 a 1957, a Fundação Alexander von Humboldt, responsável especificamente por financiar pós-doutores estrangeiros na Alemanha.

Pouco ou nada da pesquisa científica de Heisenberg dentro do regime nazista e no pós-guerra teve relevância posterior. O seu único trabalho realmente importante desse período foi a elaboração do formalismo da matriz S da teoria quântica de campos — que Heisenberg enxergava como provisório. Foi ele quem introduziu o conceito de estados assintóticos e inicialmente procurou determinar os elementos da matriz S através exclusivamente das propriedades de analiticidade da matriz em função dos momenta. Antes da técnica de renormalização da teoria quântica de campos ser estabelecida, Heisenberg elaborou uma teoria de rede, uma teoria em que existia um comprimento físico mínimo, durante o florescimento das descobertas com chapas fotográficas de raios cósmicos nos anos 30 e 40, antes da descoberta de Powell, Lattes e Occhialini. Após a descoberta, ele se converteu pelo menos em parte para teoria quântica de campos, mas ao invés de trabalhar com as teorias de gauge, ele tentou construir uma teoria de campo unificado, no mesmo espírito de Einstein. Enquanto a maioria dos físicos teóricos concentrou-se, como se faz até hoje, no paradigma perturbativo, fracamente acoplado, das teorias de gauge, Heisenberg procurou explorar sem sucesso aspectos não perturbativos da teoria quântica de campos a partir dos quais ele visava derivar as teorias fracamente acopladas de gauge como limite de baixas energias. Eu não tive ainda a oportunidade de ler os detalhes da teoria de Heisenberg, mas uma exposição é o artigo Radical Unification de Hans-Peter Dürr em Unified Theories of Elementary Particles, Lecture Notes in Physics 160, Springer-Verlag (1982).

No início de 1970, Heisenberg foi diagnosticado com câncer nos rins e passou alguns anos em tratamento. Ele faleceu em 1 de fevereiro de 1976 em sua casa em Munique. Um grupo de amigos e colegas do Instituto Max Planck neste dia fez uma caminhada do Instituto até a porta da sua casa onde cada um deixou uma vela ao pé da porta em sua homenagem.

Fontes de fotografias e outras informações

  1. domingo, 12 jul 2009; \28\UTC\UTC\k 28 às 05:19:14 EST

    Oi Leo,

    Dentre as duas bombas produzidas pelo Projeto Manhattan, uma não era de plutônio (ao invés de polônio – se não me engano, a que caiu em Hiroshima)?
    Parece haver também uma outra referência ao polônio ao longo do texto, mas tenho a impressão que você estava pensando no plutônio. Se eu estiver enganado, deixa pra lá – pelo menos aprendi uma cousa nova…

    Ah, e parabéns pelo desfecho!

    • domingo, 12 jul 2009; \28\UTC\UTC\k 28 às 06:43:35 EST

      Até onde eu sei (sem revelar minhas fontes😉 ) — e que pode ser corroborado em http://en.wikipedia.org/wiki/Manhattan_Project —, o Polônio é usado como gatilho pra bomba de Plutônio.

      []’s.

    • Leonardo
      domingo, 12 jul 2009; \28\UTC\UTC\k 28 às 13:12:31 EST

      Pedro,

      você está certo, eu troquei o elemento. Já corrigi o texto, obrigado!🙂

  2. Henrique Fleming
    terça-feira, 14 jul 2009; \29\UTC\UTC\k 29 às 10:40:01 EST

    Excelente!

  3. segunda-feira, 3 ago 2009; \32\UTC\UTC\k 32 às 09:17:41 EST

    Muito bom o texto, é bom, para quem gosta, saber mais sobre esse período da vida de Heisenberg, o que realmente aconteceu e qual sua posição em relação à política em operação na Alemanha da época.

  1. terça-feira, 1 dez 2009; \49\UTC\UTC\k 49 às 11:31:46 EST

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