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O ano extraordinário de Einstein

O ano extraordinário de Einstein

 O ano extraordinário de Einstein

EM 1905, um oficial de patente de 26 anos chamado Albert Einstein publicou quatro estudos que mudaram nossa forma de encarar o Universo — desde suas minúsculas estruturas até as imensas galáxias. Alguns desses estudos se tornaram o trampolim para muitas invenções que mudaram o rumo de nossas vidas nos últimos cem anos.

“Dificilmente há alguma idéia importante na física moderna cuja origem não remonte, pelo menos em parte, a Einstein”, afirma Isidor Rabi, prêmio Nobel de física. Mas o que, exatamente, Einstein descobriu há um século?

Desvendando os mistérios da luz

Os estudos de Einstein, publicados em março de 1905, desvendaram alguns mistérios sobre a natureza da luz. Os cientistas já haviam descoberto que a luz, ao viajar através do espaço, parece se comportar como ondas de água que se movimentam num lago. No entanto, a teoria das ondas não conseguia explicar por que a luz violeta gera uma corrente elétrica quando atinge certos metais, enquanto a luz vermelha não consegue fazer isso. O estudo de Einstein ajudou a explicar o chamado efeito fotoelétrico.

Einstein argumentou que, às vezes, a luz pode ser entendida como consistindo em pequenos pacotes de energia, mais tarde chamados de fótons. Quando esses fótons têm suficiente nível de energia ou cor, podem deslocar elétrons do átomo de alguns metais. (Os fótons da luz vermelha são fracos demais para fazer isso.) Essa interação provoca o fluxo de uma corrente elétrica no material. Invenções modernas tais como tubos de imagem, células de energia solar e fotômetros são todas baseadas na explicação de Einstein do efeito fotoelétrico.

Em 1921, Einstein recebeu o prêmio Nobel de física por sua explicação a respeito da natureza da luz. Seu artigo abriu o caminho para uma nova área da ciência chamada física quântica. Essa teoria, por sua vez, tornou-se a base para inúmeras aplicações, tais como a ciência nuclear, a eletrônica e a nanotecnologia.

Por que o pólen dança

Em 1905, Einstein também dedicou-se ao estudo dos átomos e das moléculas. Ele forneceu uma explicação teórica sobre o efeito que átomos e moléculas têm em minúsculos grãos de pólen suspensos na água. Em 1827, um biólogo chamado Robert Brown tinha observado  com um microscópio que grãos de pólen imersos na água faziam pequenos movimentos oscilatórios. Ele chamou a dança dos pólens de movimento browniano, mas não conseguiu explicar por que isso acontece.

Em seu estudo de maio de 1905, Einstein sugeriu como a vibração das moléculas de água causava o movimento browniano. Além de calcular o tamanho das moléculas de água, ele previu propriedades específicas de seus átomos. Outros cientistas usaram essas predições como base para pesquisas posteriores, eliminando dúvidas sobre a existência do átomo. A física moderna é fundamentada na idéia de que a matéria é formada de átomos.

O tempo é relativo

A Teoria Especial da Relatividade de Einstein, publicada em junho de 1905, discordava de uma crença fundamental de cientistas como Isaac Newton — de que a medida do tempo é uma constante em todo o Universo. As implicações da teoria de Einstein, hoje amplamente aceita, parecem um tanto estranhas.

Por exemplo, imagine que você e um amigo sincronizam seus relógios com precisão. Daí seu amigo dá a volta ao mundo de avião enquanto você fica em casa. Quando ele voltar, o relógio dele estará ligeiramente atrasado em relação ao seu. Da sua perspectiva, o tempo passou mais devagar para seu amigo que viajou. Claro que a diferença é infinitesimal em termos de padrões humanos de velocidade. No entanto, quando essa velocidade se aproxima da velocidade da luz, não só o tempo passa significativamente mais devagar, mas os objetos também ficam menores e sua massa aumenta. A teoria de Einstein afirmou que a velocidade da luz, não o tempo, é constante em todo o Universo.

Uma fórmula que mudou o mundo

Em setembro de 1905, Einstein publicou outro artigo que foi considerado um adendo matemático à sua Teoria Especial da Relatividade. Continha a fórmula que hoje é símbolo do seu trabalho, E=mc2. Essa equação diz que a quantidade de energia liberada quando um átomo é dividido é igual à perda de sua massa vezes a velocidade da luz ao quadrado.

Em resultado dos esforços de cientistas como Einstein, a humanidade aprendeu muito sobre a natureza do Universo. Ainda assim, o conhecimento que o homem tem acumulado ainda é similar ao descrito pelo patriarca Jó. Falando sobre as obras do Criador, ele reconheceu humildemente: “Eis que estas são as beiradas dos seus caminhos, e que sussurro sobre o assunto se tem ouvido dele!” — Jó 26:14.

[Diagrama/Fotos na página 20]

(Veja a publicação)

A luz se comporta como ondas e como partículas. Esse entendimento tornou possível a criação de calculadoras à base de energia solar e sensores óticos em câmeras digitais

[Diagrama/Fotos na página 21]

(Veja a publicação)

A oscilação do movimento browniano ajudou a provar a existência do átomo

[Diagrama/Fotos na página 21]

(Para o texto formatado, veja a publicação)

E Energia

= é igual

m massa

c2 vezes velocidade da luz ao quadrado

c2 significa c vezes c, ou 299.791 quilômetros por segundo × 299.791 quilômetros por segundo

Visto que c2 é um número extremamente grande (89.874.643.681 km2/s2), uma pequena quantidade de massa pode ser convertida em uma enorme quantidade de energia. Quando um átomo de urânio é dividido, rapidamente se formam dois átomos menores, mas perdem também cerca de 0,1 por cento da sua massa; essa mínima quantidade se transforma numa enorme quantidade de energia liberada

Energia liberada

Apenas um quilo de qualquer substância convertida completamente em energia equivale a:

▪ aproximadamente 25 bilhões de quilowatts-horas

▪ a energia necessária para um carro dar 400 mil voltas ao redor da Terra

▪ a energia necessária para impulsionar o maior petroleiro 900 vezes em volta do globo

▪ a energia elétrica que os Estados Unidos consomem durante dois dias

O contrário também é verdadeiro. É preciso uma quantidade enorme de energia para “materializar” apenas um átomo

[Fotos na página 21]

Quanto mais rápido você viaja, mais devagar o tempo se move

[Foto na página 21]

Os relógios nos satélites dos Sistemas de Posicionamento Global (GPS) não funcionam na mesma velocidade que os relógios na Terra. Sem a correção desse efeito da relatividade, o sinal do GPS se tornaria inútil

[Créditos da foto na página 20]

Einstein: Foto da Topical Press Agency/Getty Images; fundo: foto CERN, Genebra