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Revisão de Física - Albert Einstein
 
Einstein entra para a galeria da ciência
 
 

 

Einstein entra para a galeria da ciência

"Deus pode ser perspicaz, mas não é malicioso" Albert Einstein

No mesmo ano que Einstein escreveu seus manuscritos sobre a relatividade (1905), ele produziu outro manuscrito, brilhante o suficiente para garantir-lhe um lugar na galeria dos imortais na ciência e o grau de Doutor na Universidade de Zurique. Apesar do que a maioria pensa, Einstein não foi só um velho de língua para fora que inventou a relatividade. Pelo contrário, sua contribuição para a ciência foi muito além disso. 

Uma de suas obras era sobre o "movimento browniano", o qual trata dos movimentos de grãos pequenos (como por exemplo, um grão de pólen) flutuando sobre um líquido. Estes apresentam um complexo movimento de ziguezague, que, primeiramente, foi atribuído como a causa uma obscura "força vital" pelo botânico Robert Brown. Einstein, por sua vez, mostrou que este movimento aleatório era causado por colisões entre as partículas e as moléculas do líquido. 

Outro de seus manuscritos era sobre o "efeito fotoelétrico", descoberto por Hertz em 1887. Este continha uma hipótese revolucionária a respeito da natureza da luz. Era necessário novas idéias à respeito da capacidade da luz em eletrizar um metal. Não se entendia, por exemplo, por que a luz amarela não conseguia eletrizar uma amostra de metal eletricamente neutra, enquanto a luz violeta (ou ultravioleta) o fazia facilmente. 

Einstein não somente propôs que sob certas circunstâncias pode-se considerar a luz feita de partículas, mas também a hipótese que a energia carregada por qualquer partícula de luz, chamada de fóton (átomo de luz), é proporcional à freqüência da radiação (E=hf). Uma década mais tarde, o Físico americano Robert Andrews Millikan confirmou experimentalmente a teoria de Einstein. A resposta para a questão foi que a luz amarela não causa efeito porque, sendo de freqüência (e, portanto, energia) mais baixa que a luz azul, ela não tem energia suficiente para remover elétrons da superfície do mental. 

Em 1921, Einstein (finalmente!) ganhou o prêmio Nobel. Todavia, na época muitos físicos não receberam com sorrisos e abraços as idéias da natureza quântica do efeito fotoelétrico. Isso porque até então, a luz, assim como qualquer outra radiação eletromagnética, era considerada uma onda. E como era possível a luz ser uma partícula, como dizia Einstein? Ora, uma partícula é um objeto pequeno, bem localizado no espaço; partícula e onda são descrições incompatíveis, antitéticas. 

Essa é a famosa dualidade onda-partícula da luz: a luz pode se comportar como onda ou como partícula dependendo da natureza do experimento. Fascinante, não? Se o experimento testar suas propriedades ondulatórias, como padrões de interferência, a luz se manifestará como onda; e se o experimento testar suas propriedades de partículas, como colisões com outras partículas, a luz se comportará como partícula. Portanto, a luz não é partícula ou onda, mas ambas! Tudo depende como nós decidimos investigar suas propriedades. 

Diante disso, emerge um ponto fundamental da realidade do mundo quântico, radicalmente diferente do mundo clássico à nossa volta. No mundo do muito pequeno, o observador tem um papel passivo na descrição dos fenômenos naturais; se a luz se comporta como onda ou partícula dependendo do experimento, então não podemos mais separar o observador do observado. 


Em outras palavras, no mundo quântico, o observador tem um papel fundamental na determinação da natureza física do que está sendo observado. A noção de que uma realidade objetiva existe independentemente da presença de um observado tem de ser abandonada. 

Ao mesmo tempo que foram surgindo esse novos conceitos, e visões diferentes do mundo, novas teorias apareciam produzidas por diversos cientistas da época como Schrödinger, Plank e Heisenberg. Um desses princípios é o famoso princípio da incerteza, que em sua forma mais popular, afirma que é impossível conhecermos com precisão absoluta tanto a posição como a velocidade (na verdade a quantidade de movimento) de um partícula. 


"Um momento", você exclama, 'como isso pode ser possível? Certamente com instrumentos mais precisos sempre poderemos melhorar a precisão das medidas da posição e da velocidade de uma partícula. Certo?" Errado! A raiz do problema é que o próprio ato de medir afeta no que está sendo medido. Por exemplo, para visualizarmos um objeto, temos de projetar luz sobre ele. Quanto mais detalhada a imagem que desejamos, menos o comprimento de onda de luz que devemos usar, se desejarmos visualizar um objeto de dimensões minúsculas, deveremos usar luz de comprimento de luz muito pequeno. 

E como sabemos, quanto menor o comprimento de onda, mais energia é transportada pela onda. Portanto, ao projetarmos luz sobre um objeto de dimensões minúsculas, obrigatoriamente mudamos sua posição; a luz, ao refletir-se sobre um objeto, não só o ilumina como também o empurra, assim como uma onda empurra na praia. Quanto maior a precisão que tentamos medir um objeto, mais forte será o empurrão da luz. O ato de medir interfere com o que está sendo medido. 

Logo, não podemos prever a posição e velocidade doa objetos com total precisão. No mundo do muito pequeno, o próprio conceito de trajetória se torna vago. Assim, não podemos prever, por exemplo, se um elétron vai estar aqui ou ali, mas apenas calcular a probabilidade de ele ser encontrado aqui ou ali. O mesmo experimento repetido várias vezes, sob as mesmas condições, dará resultados diferentes. O que podemos prever com a mecânica quântica é a probabilidade de obter um determinado resultado. 


Einstein não concordou com o princípio da incerteza de Heisenberg, por não acreditar que o universo estivesse sendo abandonado ao acaso. "Deus pode ser perspicaz, mas não é malicioso", disse ele sobre este princípio que destruía o determinismo que estava ancorada à ciência desde a Grécia antiga.

 

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