Começo
Karl frequentou uma escola judaica até os 11 anos de idade, era uma espécie de criança
prodígio, pois o seu talento manifestou-se muito cedo, ao se interessar por
astronomia enquanto ainda estudava no Ginásio de
Frankfurt, nesta época, economizou todo o dinheiro que podia para comprar os materiais necessários para construir o seu próprio
telescópio para estudar os céus. O pai de Karl conheceu, através do interesse em música, o professor J. Epstein que lecionava na
Philanthropin Academy e tinha um
observatório privado. A partir desta proximidade Karl fez amizade com o seu filho
Paul Epstein que era 2 anos mais velho que ele e partilhava dos mesmos interesses
astronómicos, Karl aprendeu com ele a usar um telescópio, bem como princípios de
matemática avançada.
Início de carreira
No verão de 1899, tornou-se professor na
Munich University depois de apresentar a sua tese intitulada
“Contribuições para o tratado da fotometria de estrelas”, que construiu a partir do trabalho
astronómico realizado no Observatório
Von Kuffner. Escolhendo 367 estrelas para fazer suas medições, incluindo duas
estrelas variáveis,
verificou que a gama de variação das magnitudes medida pelos seus
métodos fotográficos foi muito maior do que o intervalo de variação de
magnitude visual. Percebendo assim, corretamente, 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
Germany Astronomy Society em
Heidelberg. Neste 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
partículas
esféricas 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 à 1,5 mícrons.
Karl estudou os fenómenos astrofísicos associados ao
mecanismo de
transporte de energias
em uma estrela por meio de radiação e produziu um importante papel no
equilíbrio radioativo dentro da atmosfera do sol. Inventou um
interferómetro 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 o 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.
Família
Trabalho no Observatório de Potsdam
Logo após o seu casamento, no final de 1909, Karl deixou
Göttinghen para assumir o cargo de diretor do Observatório de
Astrofísica de
Potsdam. Este foi o posto mais prestigioso disponível para um
astrónomo na Alemanha e 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...”.
"Matemática, física, química, astronomia, uma marcha em frente.
Qualquer que seja a que fique atrás é desenhada depois. Qualquer que
seja a que se apressa em frente ajuda as outras. O mais próximo de
solidariedade entre astronomia e todo o círculo da ciência exata... a partir deste aspecto que pode contar bem que o meu interesse nunca foi limitado às coisas que estão além da Lua, mas seguiu os tópicos que giram de lá para o nosso conhecimento sublunar
; muitas vezes tenho sido infiel para com os céus. Isso é um impulso para o universal, que foi fortalecido involuntariamente pelo meu professor Seeliger, e depois foi ainda mais alimentado por Felix Klein e todo o círculo científico em Göttingen. Lá o lema é que a matemática, a física e a astronomia constituem um conhecimento, que, como a cultura grega, só é compreendida como um todo perfeito".
I Guerra Mundial
Logo, em 1914, a
Europa foi assolada com a eclosão da
I Guerra Mundial. Karl 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 notavelmente, 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 doença de pele rara e dolorosa chamado
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. Como são bem conhecidos, 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, solução que leva o seu nome, a
Métrica de Schwarzschild, que na verdade, envolve uma ligeira modificação da solução original de
Einstein. Além disso, Karl foi o primeiro
cientista a introduzir o
formalismo lagrangiano (
Joseph Louis Lagrange, matemático italo-francês) correto do campo
eletromagnético. Foi pioneiro no desenvolvimento da teoria de
espectros atómicos proposto por
Niels-Bohr. Independente de
Arnold Sommerfeld (
físico alemão que introduziu a constante da
estrutura fina), Karl 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.
Einstein vs. Schwarzschild
Ao receber manuscritos de Karl de 22 de dezembro de 1915,
Einstein ficou agradavelmente surpreso ao saber que suas equações de
campo de gravitação chegaram a admitir soluções exatas, que apesar de sua complexidade, segundo ele, foram elegantemente demonstradas por Karl em
...”uma forma tão simples...”.
Antes disso, o próprio Einstein era capaz apenas de produzir uma
solução aproximada, dado o seu famoso trabalho em 1915 sobre o avanço do
periélio do
Mercúrio. Nesse artigo,
Einstein utilizando um sistema de
coordenadas retilíneas, afim de aproximar o
campo gravitacional
em torno de uma massa esfericamente simétrica, estática, não-rotativa e
não-carregada (a solução para um objeto de simetria esférica rotativa
foi encontrado em 1963 por
Roy Patrick Kerr, matemático
neozelandês). Karl, em contraste com a abordagem inicial de
Einstein, escolheu uma generalização do sistema de
coordenadas polares (hoje conhecida como
coordenadas de Schwarzschild)
e foi assim, capaz de produzir uma solução exata de uma forma mais
elegante, de maneira um pouco mais condizente com o esplendor e a
subtileza da total natureza não-
euclideana da
Teoria Geométrica de
Einstein. Karl finalizou a carta dizendo
"...como
você vê, a guerra me tratou gentilmente o suficiente, apesar da
artilharia pesada, para permitir-me ficar longe de tudo e aproveitar
esta caminhada na terra de suas ideias...".
Em 1916,
Einstein escreveu a famosa e exultante carta a Karl a respeito de seu resultado obtido recentemente:
“Li a sua carta com o máximo interesse. Não esperava que podia-se
formular a solução exata do problema de maneira tão simples. Gostei
muito do seu tratamento matemático sobre o assunto. Na próxima
quinta-feira apresentarei o trabalho à Academia com algumas palavras de
explicação”.
Outras descobertas
Uma grande perda para a Ciência
Pouco depois, Karl mandou seus dois últimos trabalhos sobre a
Teoria Geral da Relatividade de Einstein e veio a sucumbir à doença de pele contraída anteriormente. A doença
pênfigo é um tipo raro de
erupção cutânea. Ocorrem erros do
sistema imunológico
que identificam as células da pele como organismos estranhos e os
ataca, causando bolhas dolorosas. Na época de Karl, não havia tratamento
médico conhecido ou cura para a doença. Foi libertado do seu dever
militar e internado em casa em março de 1916, morreu dois meses depois,
em 11 de maio de 1916, com a idade de 42 anos, sendo sepultado no
Stadtfriedhof de Göttingen.
Karl morreu no auge de suas conquistas, certamente foi um homem de
grandes interesses científicos. Depois de sua morte prematura, seu
colega cientista
Arthur Stanley Eddington observou,
“...a ampla gama de suas contribuições para o conhecimento sugere uma comparação com Poincaré,
mas Karl Schwartzschild era duplamente mais prático, ele encantou
tanto na concepção de métodos instrumentais como nos triunfos da
análise...sua alegria era variar sem restrições sobre os postos do
conhecimento, e como um líder da guerrilha, os seus ataques caíram onde
menos se espera...”. Além do seu trabalho em
Astronomia, que incluiu a
mecânica celeste, a
fotometria estelar observacional,
sistemas ópticos, a
astronomia observacional e
instrumental,
estrutura estelar e
estatística,
cometas e
espectroscopia e a sua excelente contribuição na área da
Teoria Geral da Relatividade, também trabalhou em
eletrodinâmica e
óptica geométrica (enquanto trabalhava na
Göttinghen University) e manteve profundo interesse na teoria
quântica.
Curiosidades
As características de Karl não eram aquelas que são normalmente
associadas aos cientistas de sua nacionalidade. Ele era um alpinista
entusiasmado e tinha realizado algumas das subidas mais complicadas dos
Alpes. Ele tinha um espírito de aventura e praticava desportos de inverno na Suíça. Um voo de
Zeppelin foi sua última grande aventura.
