James Franck: O Físico que Avisou Primeiro

A 11 de junho de 1945, um grupo de cientistas a trabalhar na bomba atómica americana assinou um documento implorando ao seu próprio governo que não a utilizasse sem aviso prévio. "Se os Estados Unidos fossem os primeiros a libertar este novo meio de destruição indiscriminada sobre a humanidade", escreveram, "sacrificariam o apoio público em todo o mundo e precipitariam a corrida ao armamento". O relatório leva o nome do homem que presidiu ao comité — um laureado com o Prémio Nobel que já tinha renunciado a uma cátedra por princípios doze anos antes, e que tinha passado a sua carreira a provar que os átomos aceitam energia apenas em quantidades exatas.

Hamburgo, Heidelberg, Berlim

Franck nasceu a 26 de agosto de 1882 em Hamburgo. Frequentou o Wilhelm Gymnasium, depois estudou química em Heidelberg antes de mudar para a física em Berlim, onde estudou com Emil Warburg e Paul Drude. Doutorou-se em Berlim em 1906, trabalhou brevemente como assistente em Frankfurt e regressou a Berlim para trabalhar com Heinrich Rubens. Em 1911 já dava aulas de física na Universidade de Berlim, chegando a professor associado e mantendo o cargo até 1918, com uma interrupção para o serviço militar na Primeira Guerra Mundial.

Eletrões e Átomos

O trabalho central de Franck dizia respeito ao que acontece quando um eletrão atinge um átomo. Com Gustav Hertz, concebeu experiências que mediram a troca com precisão — e descobriu que o átomo não aceitaria quantidades arbitrárias de energia. Aceitava quantidades específicas e nada entre elas. Esta foi a primeira demonstração experimental direta dos níveis de energia quantizados que a teoria quântica tinha proposto, e transformou um postulado abstrato num facto laboratorial mensurável. O Prémio Nobel da Física de 1925 foi atribuído conjuntamente aos dois homens "pela sua descoberta das leis que regem o impacto de um eletrão sobre um átomo".

Após a guerra, Franck chefiou a Divisão de Física do Instituto Kaiser Wilhelm sob Fritz Haber, continuando a investigar a cinética eletrónica e o comportamento dos átomos nos gases.

Göttingen

Em 1920, tornou-se Professor de Física Experimental em Göttingen e, durante treze anos, foi uma das duas metades da parceria que tornou a cidade a capital mundial da física teórica, trabalhando em estreita cooperação com Max Born. Os estudantes que por lá passaram incluíam J. Robert Oppenheimer. Foi em Göttingen que Franck desenvolveu o princípio agora conhecido pelo seu nome e pelo de Edward Condon, que explica a dissociação fotoquímica — como as moléculas se separam quando absorvem luz.

Demissão, 1933

Quando o regime nazi chegou ao poder, Franck opôs-se publicamente às suas leis raciais e abandonou o seu cargo em vez de servir sob o regime. Foi uma recusa invulgarmente precoce e visível, feita por um veterano condecorado que poderia ter reclamado isenção. Foi primeiro para a Universidade Johns Hopkins como Professor Speyer, passou um período em Copenhaga e, em 1938, juntou-se ao corpo docente de física da Universidade de Chicago.

Chicago e a Bomba

Durante a Segunda Guerra Mundial, Franck dirigiu a Divisão de Química do Laboratório Metalúrgico, o braço da Universidade de Chicago do Projeto Manhattan. À medida que a arma se aproximava da conclusão, presidiu ao comité que produziu o Relatório Franck de junho de 1945, assinado juntamente com Leo Szilard, Glenn Seaborg, Donald J. Hughes, J. J. Nickson, Eugene Rabinowitch e J. C. Stearns.

O relatório argumentou contra um ataque atómico sem aviso ao Japão e propôs, em vez disso, uma demonstração numa área desabitada. O seu raciocínio era tanto estratégico como moral. Os cientistas insistiram que o segredo não poderia ser mantido, prevendo que dentro de dez anos outros países possuiriam bombas capazes de destruir cidades, e instaram o estabelecimento de "um controlo internacional eficaz dos explosivos nucleares" antes que uma corrida ao armamento se tornasse imparável. Foram ignorados. E, no que diz respeito ao calendário, tinham razão.

Fotossíntese

Após a guerra, Franck liderou o Grupo de Investigação em Fotossíntese de Chicago até 1956, aplicando as ferramentas da físico-química à questão de como as plantas convertem a luz em energia química — num certo sentido, o mesmo problema que o princípio Franck-Condon, aplicado à matéria viva. As honras acumularam-se: a Medalha Max Planck em 1951, a cidadania honorária de Göttingen em 1953, a Medalha Rumford em 1955 e a eleição para a Royal Society em 1964. Morreu a 21 de maio de 1964 durante uma visita a Göttingen, a cidade que tinha deixado trinta e um anos antes.

Por que James é chamado de génio

A faculdade em causa é a imaginação experimental: a capacidade de conceber um aparelho que obriga a natureza a responder a uma questão que tem evitado. O átomo de Bohr, com os seus estados de energia discretos, era uma proposta teórica que muitos físicos consideravam uma ficção conveniente. Franck e Hertz construíram um dispositivo no qual essa proposta se tornou visível como um padrão repetitivo numa corrente elétrica — evidência que qualquer pessoa podia ler num instrumento. Converter uma abstração contestada numa medição inquestionável está entre as coisas mais difíceis que um físico pode fazer, e a citação do comité Nobel, "as leis que regem o impacto de um eletrão sobre um átomo", credita precisamente isso. O princípio Franck-Condon mostra o mesmo hábito mental aplicado às moléculas e à luz.

O contra-argumento merece ser exposto. A teoria que deu significado aos seus resultados não era dele; pertencia a Bohr, e a mecânica quântica que se seguiu a Born, Heisenberg e outros na própria instituição onde Franck trabalhava. Ele foi um excelente medidor dentro de uma revolução que os teóricos lideraram. O prémio foi partilhado, o princípio é co-nomeado, e a sua substancial investigação sobre a fotossíntese no pós-guerra não produziu nada de estatura comparável. É também justo observar que uma boa parte da reputação moderna de Franck assenta na consciência e não na física — a demissão de 1933 e o relatório de 1945. Essa é uma distinção real, e possivelmente mais rara, mas é clareza moral em vez de brilho intelectual, e as duas não devem ser silenciosamente fundidas.

Legado

A experiência Franck-Hertz é agora um exercício de laboratório padrão para estudantes de licenciatura, o que é o maior elogio que a física faz: um resultado tão seguro que se pede aos estudantes que o reproduzam. O Relatório Franck teve uma vida póstuma mais estranha. Ignorado em 1945, tornou-se o documento fundador do movimento dos cientistas pelo controlo de armas e lê-se hoje menos como um protesto do que como uma previsão — o momento em que as pessoas que construíram a arma disseram ao seu governo exatamente como seriam os próximos cinquenta anos, e não foram acreditadas.