Ernst Mach

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Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach foi um físico e filósofo austríaco, conhecido por suas contribuições à física, como o estudo de ondas de choque. A razão entre a velocidade de um objeto e a velocidade do som é denominada número de Mach em sua honra. Como filósofo da ciência, foi uma grande influência no positivismo lógico e no pragmatismo americano. Por meio de sua crítica às teorias de Newton sobre espaço e tempo, ele antecipou a teoria da relatividade de Einstein.

Biografia

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach nasceu em Chrlice (alemão: Chirlitz), Morávia, então no Império Austro-Húngaro, agora parte de Brno na República Tcheca. Seu pai, que havia se formado na Universidade Charles-Ferdinand em Praga, atuou como tutor da nobre família Brethon em Zlín, no leste da Morávia. Seu avô, Wenzl Lanhaus, administrador da propriedade de Chirlitz, também foi mestre construtor das ruas lá. Suas atividades nesse campo influenciaram posteriormente o trabalho teórico de Ernst Mach. Algumas fontes indicam o local de nascimento de Mach como Tuřany (alemão: Turas), agora também parte de Brno, local do cartório de Chirlitz. Foi lá que Ernst Mach foi batizado por Peregrin Weiss. Mach posteriormente se tornou socialista e ateu. Sua teoria e vida, porém, foram às vezes comparadas com o Budismo, nomeadamente por Heinrich Gomperz, que se dirigiu a Mach como o "Buda da Ciência" devido à abordagem fenomenalista do "Ego" em sua Análise das Sensações.

Até os 14 anos, Mach recebeu sua educação em casa de seus pais. Ele então entrou em um Ginásio em Kroměříž (alemão: Kremsier), onde estudou por três anos. Em 1855, tornou-se estudante da Universidade de Viena. Lá estudou física e, por um semestre, fisiologia médica, recebendo seu doutorado em física em 1860 sob Andreas von Ettingshausen com uma tese intitulada Über elektrische Ladungen und Induktion, e sua habilitação no ano seguinte. Seu trabalho inicial se concentrou no efeito Doppler em óptica e acústica. Em 1864, conseguiu um emprego como Professor de Matemática na Universidade de Graz, tendo recusado a posição de cadeira em cirurgia na Universidade de Salzburgo para isso, e em 1866 foi nomeado Professor de Física. Durante esse período, Mach continuou seu trabalho em psicofísica e percepção sensorial. Em 1867, assumiu a cadeira de Física Experimental na Universidade Charles-Ferdinand, onde permaneceu por 28 anos antes de retornar a Viena.

A principal contribuição de Mach à física envolveu sua descrição e fotografias de ondas de choque de faísca e depois ondas de choque balísticas. Ele descreveu como quando uma bala ou projétil se movia mais rápido que a velocidade do som, criava uma compressão de ar na sua frente. Usando fotografia schlieren, ele e seu filho Ludwig conseguiram fotografar as sombras das ondas de choque invisíveis. Durante o início dos anos 1890, Ludwig conseguiu inventar um interferômetro que permitia fotografias muito mais claras. Mas Mach também fez muitas contribuições à psicologia e fisiologia, incluindo sua antecipação de fenômenos de gestalt, sua descoberta do efeito oblíquo e das bandas de Mach, um tipo de ilusão visual influenciada por inibição, e especialmente sua descoberta de uma função não acústica do ouvido interno que ajuda a controlar o equilíbrio humano.

Uma das ideias mais conhecidas de Mach é o chamado "princípio de Mach", concernente à origem física da inércia. Isso nunca foi escrito por Mach, mas recebeu uma forma verbal gráfica, atribuída por Philipp Frank ao próprio Mach, como: "Quando o metrô sacode, são as estrelas fixas que o derrubam."

Mach também se tornou bem conhecido por sua filosofia, desenvolvida em estreita interação com sua ciência. Mach defendeu um tipo de fenomenalismo reconhecendo apenas sensações como reais. Essa posição parecia incompatível com a visão de átomos e moléculas como coisas externas e independentes da mente. Ele declarou famosamamente, após uma palestra de 1897 de Ludwig Boltzmann na Academia Imperial de Ciência em Viena: "Não acredito que átomos existam!" De aproximadamente 1908 a 1911, a relutância de Mach em reconhecer a realidade dos átomos foi criticada por Max Planck como sendo incompatível com a física. A demonstração de Einstein em 1905 de que as flutuações estatísticas dos átomos permitiam a medição de sua existência sem evidência sensorial individualizada direta marcou um ponto de virada na aceitação da teoria atômica. Algumas críticas de Mach à posição de Newton sobre espaço e tempo influenciaram Einstein, mas depois Einstein percebeu que Mach era fundamentalmente oposto à filosofia de Newton e concluiu que sua crítica física não era sólida.

Em 1898, Mach sofreu uma parada cardíaca e em 1901 se aposentou da Universidade de Viena e foi nomeado para a câmara superior do parlamento austríaco. Ao deixar Viena em 1913, mudou-se para a casa de seu filho em Vaterstetten, perto de Munique, onde continuou escrevendo e correspondendo até sua morte em 1916, um dia depois de seu 78º aniversário.

Física

A maioria dos estudos iniciais de Mach no campo da física experimental se concentrou na interferência, difração, polarização e refração da luz em diferentes meios sob influências externas. Daí seguiram explorações importantes no campo da mecânica de fluidos supersônica. Mach e o físico-fotógrafo Peter Salcher apresentaram seu trabalho sobre este assunto em 1887; descreve corretamente os efeitos sonoros observados durante o movimento supersônico de um projétil. Eles deduziram e confirmaram experimentalmente a existência de uma onda de choque de forma cônica, com o projétil no ápice. A razão da velocidade de um fluido para a velocidade local do som vp/vs agora é chamada de número de Mach. É um parâmetro crítico na descrição do movimento de fluidos de alta velocidade em aerodinâmica e hidrodinâmica. Mach também contribuiu para a cosmologia com a hipótese conhecida como princípio de Mach.

Filosofia da ciência

Empirio-criticismo

De 1895 a 1901, Mach ocupou uma cadeira recém-criada para "a história e filosofia das ciências indutivas" na Universidade de Viena. Em seus estudos historico-filosóficos, Mach desenvolveu uma filosofia fenomenalista da ciência que se tornou influente nos séculos 19 e 20. Ele originalmente via leis científicas como resumos de eventos experimentais, construídos com o propósito de tornar dados complexos compreensíveis, mas depois enfatizou funções matemáticas como uma forma mais útil de descrever aparências sensoriais. Assim, as leis científicas, embora um tanto idealizadas, têm mais a ver com descrever sensações do que com a realidade tal como existe além das sensações.

O objetivo que a (ciência física) estabeleceu para si é a expressão abstrata mais simples e mais econômica dos fatos.

Quando a mente humana, com seus poderes limitados, tenta se espelhar na vida rica do mundo, da qual é apenas uma pequena parte, e que nunca pode esperar esgotar, tem todas as razões para proceder com economia.

Na realidade, a lei sempre contém menos do que o fato em si, porque não reproduz o fato como um todo, mas apenas naquele aspecto dele que é importante para nós, o resto sendo intencionalmente ou por necessidade omitido.

O positivismo de Mach também influenciou muitos marxistas russos, como Alexander Bogdanov (1873–1928). Em 1908, Lenin escreveu uma obra filosófica, Materialismo e Empirio-criticismo (publicada em 1909), na qual criticou o Machismo e as visões dos "Machistas russos". Suas principais críticas eram que a filosofia de Mach levava ao solipsismo e à conclusão absurda de que a natureza não existia antes dos humanos. Lenin também citou neste trabalho o conceito do "éter", como o meio através do qual as ondas de luz se propagavam, e o conceito de tempo como absoluto, conceitos que mais tarde se mostraram errados com desenvolvimentos científicos posteriores.

Empirio-criticismo é o termo para a filosofia rigorosamente positivista e radicalmente empirista estabelecida pelo filósofo alemão Richard Avenarius e desenvolvida posteriormente por Mach, que afirma que tudo o que podemos conhecer são nossas sensações e que o conhecimento deve ser limitado à experiência pura.

De acordo com a filosofia empirio-crítica, Mach se opôs a Ludwig Boltzmann e a outros que propuseram uma teoria atômica da física. Como não se pode observar coisas tão pequenas quanto átomos diretamente, e como nenhum modelo atômico da época era consistente, a hipótese atômica parecia a Mach ser injustificada e talvez não suficientemente "econômica". Mach teve uma influência direta nos filósofos do Círculo de Viena e na escola do positivismo lógico em geral.

A Mach são atribuídos vários princípios que destilam seu ideal de teorização física — o que agora é chamado de "física Machiana":

1. Deve ser baseada inteiramente em fenômenos diretamente observáveis de acordo com suas inclinações positivistas
2. Deve evitar completamente espaço e tempo absolutos em favor do movimento relativo
3. Qualquer fenômeno que pareceria atribuível a espaço e tempo absolutos, por exemplo, inércia e força centrífuga, deve ser visto como emergindo da distribuição em larga escala de matéria no universo.

O último é destacado, particularmente por Albert Einstein, como "o" princípio de Mach. Einstein o citou como um dos três princípios subjacentes à relatividade geral. Em 1930, ele afirmou que "é justificado considerar Mach como o precursor da teoria geral da relatividade", embora Mach, antes de sua morte, aparentemente rejeitasse a teoria de Einstein. Einstein estava ciente de que suas teorias não cumpriam todos os princípios de Mach, e nenhuma teoria subsequente o fez, apesar do esforço considerável.

Construtivismo fenomenológico

De acordo com Alexander Riegler, o trabalho de Ernst Mach foi um precursor da perspectiva influente conhecida como construtivismo. O construtivismo sustenta que todo conhecimento é construído, em vez de recebido pelo aprendiz. Ele adotou uma posição excecionalmente não-dualista e fenomenológica. O fundador do construtivismo radical, von Glasersfeld, fez uma reverência a Mach como um aliado.

Fisiologia

Em 1873, independentemente um do outro, Mach e o fisiologista e médico Josef Breuer descobriram como o sentido de equilíbrio, ou seja, a percepção do desequilíbrio da cabeça funciona, rastreando seu gerenciamento por informações que o cérebro recebe do movimento de um fluido nos canais semicirculares do ouvido interno. O fato de o sentido de equilíbrio depender dos três canais semicirculares foi descoberto em 1870 pelo fisiologista Friedrich Goltz, mas Goltz não descobriu como o aparato de detecção de equilíbrio funcionava. Mach desenvolveu uma cadeira giratória para lhe permitir testar suas teorias, e Floyd Ratliff sugeriu que este experimento pode ter aberto caminho para a crítica de Mach de uma concepção física do espaço e movimento absolutos.

Psicologia

Na área da percepção sensorial, os psicólogos lembram Mach pela ilusão de ótica chamada bandas de Mach. O efeito exagera o contraste entre as bordas de tons de cinza ligeiramente diferentes, assim que elas entram em contato uma com a outra, ao acionar a detecção de bordas no sistema visual humano.

Mais claramente do que qualquer pessoa antes ou depois, Mach fez a distinção entre o que chamava de espaços fisiológicos especificamente visuais e geométricos.

As visões de Mach sobre estruturas mediadoras inspiraram a posição fortemente indutiva de B. F. Skinner, que era paralela à de Mach no campo da psicologia.

Epônimos

Em homenagem, seu nome foi dado a:

• Mach, uma cratera lunar
• Bandas de Mach, uma ilusão de ótica
• 3949 Mach, um asteroide
• Número de Mach, a unidade de velocidade relativa à velocidade do som

Bibliografia

As principais obras de Mach em inglês:

• The Science of Mechanics. Traduzido por McCormack, Thomas J. 4ª edição. Chicago: The Open Court Publishing Co. 1919.
• "Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge". Sitzungsber. Kaiserl. Akad. Wiss., Wien, Math.-Naturwiss. Cl. em alemão. 95 Abt. II: 764–780. 1887. com Peter Slacher
• The Analysis of Sensations 1897
• Popular Scientific Lectures 1895
• "Space and Geometry from the Point of View of Physical Inquiry". Monist. 14 1: 1–32. 1903. doi:10.5840/monist190314139. ISSN 0026-9662. com S.J.B. Sugden
• History and Root of the Principle of the Conservation of Energy 1911
• The Principles of Physical Optics 1926
• Knowledge and Error 1976
• Principles of the Theory of Heat 1986
• Fundamentals of the Theory of Movement Perception 2001