albert einstein 1905

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  • 34 CINCIA HOJE v o l . 3 6 n 2 1 2

    H I S T R I A

    E=mc 2Berna (Sua), meados de maio de 1905. Aps uma noite de reflexes

    intensas, um empregado de terceira classe do es-critrio de patentes, que mal completara 26 anos,agradece a seu amigo Michele Besso (1873-1955):Obrigado! Resolvi completamente o problema.Uma anlise do conceito de tempo a soluo. Nodia anterior, Albert Einstein (1879-1955) tinhadiscutido com Besso cada detalhe de uma questoque o perseguia h tempos. Seis semanas depois,enviaria um manuscrito para a prestigiosa revistaAnnalen der Physik, estabelecendo a relatividadeespecial e unificando duas reas da fsica: a me-cnica e a eletrodinmica. Em setembro, comoconseqncia da nova teoria, deduziu a expressoE = mc2. Com essa frmula talvez a mais famosada cincia , fundiu as leis da conservao damassa e da energia. Meses antes, em maro, haviaproposto uma hiptese radical, que levaria quaseduas dcadas para ser aceita: a luz exibe um com-portamento corpuscular, ou seja, granular.

    impressionante que apenas um cientista, empoucos meses, tenha dado contribuies to impor-tantes para a cincia e que alteraram profundamen-te nossas concepes sobre o espao e o tempo,bem como sobre a estrutura da radiao. Outrarevoluo, mais silenciosa e que se estendeu porsculos, receberia um impulso essencial de Einsteinno mesmo ano: a teoria atmica da matria. Emabril, com sua tese de doutoramento sobre as di-menses moleculares e, em maio, com sua anlisedo movimento browniano, ele possibilitou a con-firmao experimental definitiva da existncia detomos e molculas. No toa que 1905 foi de-signado o annus mirabilis em latim, ano miracu-loso, maravilhoso, admirvel de Einstein. Entremaro e setembro, produziu cinco trabalhos extra-ordinrios que mudariam a face da cincia moder-na e que o tornariam o cientista mais famoso dosculo passado.

    Uma das mais importantes e intrigantes cartas

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    H 100 anos, um jovem fsico, trabalhando como tcnico de terceira classeem um escritrio de patentes em Berna (Sua), publicou cinco trabalhos.Todos de excelente qualidade. Dois deles mostrariam, com baseem teorias simples e elegantes, como poderia ser demonstradaexperimentalmente a realidade fsica de tomos e molculas,assunto ainda controverso no incio do sculo passado.Poucos anos depois, graas a essas idias, a teoria atmica receberiasua consagrao final, suplantando as dvidas de seus mais ferrenhosopositores. Os trs artigos restantes alteraram profundamentea face da fsica moderna. No primeiro a ser concludo naquele ano,o jovem rebelde e contestador props o que mais tarde ele classificariacomo a idia mais revolucionria de sua vida: a luz, sob certos aspectos,apresenta uma natureza granular. Em junho e setembro,concluiu os dois ltimos artigos de 1905 e aos quais seu nomeestaria associado para sempre. Eles, em conjunto,dariam origem teoria da relatividade, que destruiriao carter absoluto atribudo, durante sculos,ao tempo e ao espao. Seu nome: Albert Einstein.

    Ildeu de Castro MoreiraInstituto de Fsica,Universidade Federal do Rio de Janeiro

    H 100 anos, um jovem fsico, trabalhando como tcnico de terceira classeem um escritrio de patentes em Berna (Sua), publicou cinco trabalhos.Todos de excelente qualidade. Dois deles mostrariam, com baseem teorias simples e elegantes, como poderia ser demonstradaexperimentalmente a realidade fsica de tomos e molculas,assunto ainda controverso no incio do sculo passado.Poucos anos depois, graas a essas idias, a teoria atmica receberiasua consagrao final, suplantando as dvidas de seus mais ferrenhosopositores. Os trs artigos restantes alteraram profundamentea face da fsica moderna. No primeiro a ser concludo naquele ano,o jovem rebelde e contestador props o que mais tarde ele classificariacomo a idia mais revolucionria de sua vida: a luz, sob certos aspectos,apresenta uma natureza granular. Em junho e setembro,concluiu os dois ltimos artigos de 1905 e aos quais seu nomeestaria associado para sempre. Eles, em conjunto,dariam origem teoria da relatividade, que destruiriao carter absoluto atribudo, durante sculos,ao tempo e ao espao. Seu nome: Albert Einstein.

    Ildeu de Castro MoreiraInstituto de Fsica,Universidade Federal do Rio de Janeiro

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    da histria da cincia, de Einstein para seu amigoConrad Habicht (1876-1958), em maio de 1905,registrou esse momento:

    Eu lhe prometi quatro trabalhos. O primeirotrata da radiao e das propriedades energticasda luz e muito revolucionrio como voc ver. Osegundo uma determinao dos tamanhos reaisdos tomos a partir da difuso e da viscosidade desolues diludas de substncias neutras. O tercei-ro prova que, baseado na hiptese da teoria mole-cular do calor, corpos da ordem de 1/1.000 mm,suspensos em lquidos, devem executar um movi-mento aleatrio observvel, que produzido pelomovimento trmico; de fato, os fisiologistas obser-varam movimentos de pequenos corpos em sus-penso, inanimados, os quais chamam de movi-mento browniano. O quarto artigo, neste momen-to apenas um rascunho grosseiro, uma eletro-dinmica de corpos em movimento, que utilizauma modificao da teoria do espao e do tempo.

    Vamos fazer uma incurso por esses trabalhos,que, escritos em estilo conciso e direto, so jiaspreciosas da cultura universal. Sempre que poss-vel, nos apoiaremos nas palavras de Einstein. Co-mentaremos tambm caractersticas de seu autore aspectos do contexto da cincia, da tecnologia eda cultura de sua poca que podem contribuirpara um melhor entendimento de sua faanha.

    Uma idiarevolucionriaA disputa sobre a constituio da luz se onda oupartcula tem uma histria que remonta ao scu-lo 17, com os ingleses Isaac Newton (1643-1727)e Robert Hooke (1635-1703) e o holands ChristiaanHuygens (1629-1695). Newton defendia uma teo-

    Einstein,por voltade 1905,no escritriode patentesem Berna (Sua)

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    ria corpuscular para a luz, ao contrrio de seusdois contemporneos. Ao longo do sculo 18, omodelo newtoniano predominou, embora tivessecrticos importantes. No sculo seguinte com oingls Thomas Young (1773-1829) e o francsAugustin Fresnel (1788-1827) e com as experin-cias de dois outros franceses, Armand Fizeau (1819-1896) e Leon Foucault (1819-1868) , a teoriaondulatria ganharia fora e se consolidaria com ateoria eletromagntica da luz proposta pelo esco-cs James Clerk Maxwell (1831-1879).

    A luz passa, ento, a ser vista como uma ondaeletromagntica que se propaga no ter, o meiomaterial que, acreditava-se, lhe dava suporte. Mas,no incio do sculo passado, um problema come-ou a obscurecer o cu da teoria ondulatria paraa radiao luminosa: como explicar a intensidadeda radiao emitida por um material aquecido, auma dada temperatura, em funo da freqnciadessa mesma radiao? A teoria ondulatria usualno conseguia descrever corretamente o fenmeno que ganhou o nome radiao do corpo negro,porque o experimento passou a ser feito usando-seum recipiente metlico fechado, aquecido, e ob-servando-se a radiao emitida por uma pequenaabertura nele feita. O fsico alemo Max Planck(1858-1947), em uma tentativa desesperada deencontrar uma soluo, lanou em 1900 a hiptesede que a troca de energia entre a radiao lumi-nosa e a matria s pode ocorrer atravs de quan-tidades com um certo valor mnimo o quantumde energia e no de forma contnua, como exi-gido pela teoria ondulatria. Insatisfeito com suaprpria proposta e considerando-a um artifcioprovisrio, Planck tentaria inmeras vezes encon-trar outro modo de alcanar a expresso experi-mentalmente correta a que chegara e que preser-vasse o carter contnuo da radiao.

    Einstein, com seu trabalho de maro de 1905,Um ponto de vista heurstico sobre a produo ea transformao da luz, vai muito alm de Planck.Com grande ousadia e originalidade, introduz umahiptese fsica revolucionria: a prpria radiaotem uma estrutura discreta (ou atomstica). Seupropsito era, alm de buscar uma unificao nadescrio fsica da natureza, explicar fenmenosnovos, como o efeito fotoeltrico, que no podiamser entendidos com base na fsica clssica: Pensoque as observaes sobre a radiao do corpo ne-gro, a fotoluminescncia, a produo de raioscatdicos [eltrons] pela luz ultravioleta, e outrasclasses de fenmenos concernentes produo e transformao da luz, parecem mais compreens-veis se admitirmos que a energia da luz est dis-tribuda de maneira descontnua no espao. Se-gundo a hiptese proposta aqui, na propagao deum raio luminoso, emitido por uma fonte pontual,a energia no est distribuda de maneira contnuasobre espaos cada vez maiores, mas constitudade um nmero finito de quanta de energia locali-zados em pontos do espao, cada um se deslocandosem se dividir e podendo ser absorvido ou produ-zido apenas em bloco. Esta ltima frase , talvez,a mais revolucionria na fsica do sculo passado.Nascia o conceito de fton nome dado ao quan-tum de luz aps 1926 e, com ele, a era da fsicaquntica moderna.

    A partir desse conceito, Einstein deduziu umaexpresso matemtica para descrever o efeitofotoeltrico, no qual eltrons so arrancados deplacas metlicas pela incidncia de radiao. Masanos se passariam antes que a expresso de Einsteinfosse confirmada por experimentos realizados pelofsico norte-americano Robert Millikan (1868-1953). Este diria mais tarde: Passei 10 anos daminha vida testando a equao de Einstein de 1905.Contrariando minhas expectativas, em 1915, fuicompelido a valid-la sem ambigidade, apesar de

    Escritriode patentesem Berna,Sua, no tempoem que Einsteintrabalhava l

    O fsicoNiels Bohr( esquerda)ops-se, poralgum tempo,s idiasde Einsteinsobrea naturezacorpuscularda luz

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