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Ano miraculoso de_einstein

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  1. 1. umolharparaofuturo ano miraculoso de Einstein cem anos da publicao dos artigos que mudaram a fsica
  2. 2. 15 2005 foi escolhido pela unio internacional de fsica pura e aplicada como o ano mundial da fsica deciso, alis, sancionada pela organizao das naes unidas a pedido do represen- tante brasileiro nesse organismo. a razo foi celebrar os 100 anos dos trabalhos feitos por albert einstein em 1905. naquele ano, ele ajudou a mostrar, por exemplo, que a matria formada por tomos, que massa e energia so grandezas equivalentes por meio de sua famosa frmula e = mc 2 e que a luz tem uma cons- tituio corpuscular. tantos trabalhos importantes e revolucionrios em um s ano mere- cem, sem dvida, ser lembrados sempre. assim, aproveitamos este neste captulo para falar um pouco desses trabalhos que mudaram to profun- damente nossa viso do macro e microuniverso e da vida de einstein, certamente um dos maiores cientistas de todos os tempos. 16. | a EfEmr idE | beRo, livRo e chaRuto | ano miRaculoso 17. | o EfEito fotoEltr ico | eltRons que saltam | PaRtculas De luz | iDia mais RevolucionRia 19. | a tEsE | o mais obscuRo |acaR com gua | o mais citaDo 20. | o moV imEnto BroWni ano | ziguezague eRRtico | atRavs De um micRoscPio | RealiDaDe De tomos e molculas 22. | a rElati V idadE | assombRaDos Pelo teR | Dois PostulaDos | Reviso RaDical | e=mc 2 | RestRita 24. | a V ida | a infncia | a juventuDe | em beRna | em beRlim | em PRinceton 27. | o contEXto | cRiativiDaDe e caminhos | fama munDial 28. | EinstEin hoJE | laseR e tomo gigante | buRacos negRos e onDas gRavitacionais | Dimenses extRas | no munDo nano EDITORES CIENTFICOS | Joo dos Anjos (Centro Brasileiro de Pesquisas Fsicas/MCT) | Ildeu de Castro Moreira (Instituto de Fsica/Universidade Federal do Rio de Janeiro)
  3. 3. 16 umolharparaofuturo FOTOLUCIENCHAVAN torre do relgio de berna. 16 a EfEmridE BEro, liVro E charuto rua Kramgasse, 49, Berna, sua, 1905. no segundo an- dar, fica um apartamento modestamente decorado, refle- xo do baixo poder aquisitivo de seus moradores. um varal com roupas midas corta a sala. o inquilino, um tcnico de 3 a classe do escritrio de patentes da cidade, embala com uma mo o bero de seu filho e com a outra empunha um livro aberto. na boca, um charuto de pssima qualidade, cuja fu- maa se junta fuligem que verte do fogo. ano miraculoso Certamente, um ambiente pouco propcio prtica da cin- cia. Mas foi nele, h cem anos, que um jovem de 26 anos produziu nas horas vagas e isolado da comunidade cient- fica cinco artigos e uma tese de doutorado. todos traba- lhos de altssimo nvel. eles mudariam para sempre a face da fsica. seu nome: Albert einstein. seu feito fez com que 1905 ficasse conhecido como Ano Miraculoso (An- nus Mirabilis).
  4. 4. o EfEito fotoEltrico Eltrons QuE saltam naquele incio de sculo, o chamado efeito fotoeltrico no qual a luz (radiao eletromagntica) arranca eltrons de certos metais ainda intrigava os fsicos. Abaixo de certa freqncia da luz incidente, por maior que fosse a intensi- dade luminosa, eltrons no conseguiam escapar do metal. quando se aumentava a intensidade da radiao, esperava- se, como previa a teoria, que eltrons mais energticos saltas- sem. Porm, notava-se apenas um aumento na quantidade de partculas ejetadas, todas dotadas da mesma energia. Ao se aumentar a freqncia da luz incidente indo da luz visvel para o ultravioleta, por exemplo , os eltrons tambm se tornavam mais energticos. A explicao para isso tudo escapava fsica da poca. partculas dE luZ tentativas tericas j haviam sido feitas para solucionar a disparidade entre teoria e experimento. Mas foi o artigo so- bre um ponto de vista heurstico relativo produo e trans- formao da luz, de 17 de maro portanto, o primeiro conclu- do naquele ano que resolveu o problema. nele, einstein ado- tou uma hiptese aparentemente simples: a luz formada por partculas (os quanta de luz, que passaram, em 1926, a ser chamados ftons). A energia da radiao vem, portanto, em pacotes (ftons). Com isso, o efeito fotoeltrico ganhou uma explicao que podia ser testada experimentalmente: aumen- tar a intensidade da luz significa apenas aumentar o nmero de 17 anomiraculosodEEinstEin
  5. 5. 18 umolharparaofuturo Diploma do prmio nobel de einstein 18 ftons de mesma energia que incidem sobre o metal. Aumen- tar a freqncia da luz torna os ftons mais energticos, pois sua energia, pela proposta de einstein, proporcional freqncia e isso faz com que os eltrons ganhem mais ener- gia nas colises com os ftons que os ejetam. idia mais rEVolucionria A idia de que a luz tem natureza corpuscular foi classifica- da por einstein como a mais revolucionria de sua vida. em 1915, o fsico norte-americano robert Millikan (1868-1953), ao contrrio do que pretendia inicial- mente, chegou a resultados que confirmavam a previso de eins- tein sobre o efeito fotoeltrico. Foi principalmente por essa previso quantitativamente correta que einstein ganhou o nobel de 1921 o prmio no cita quanta de luz, cuja realidade era ainda controversa. Porm, as dvidas comearam a ser dizimadas em 1923, com a descoberta do efeito Compton no qual a luz, ao se chocar contra um el- tron, comporta-se como um corpsculo, perdendo energia e com os experimentos conduzidos, dois anos depois, pelos fsicos alemes Hans Geiger (1882-1945) e Walther Bothe (1891-1957)etambmcomosresultadosdosnorte-americanos Arthur Compton (1892-1962) e Alfred simon. FUNDAONOBEL umolharparaofuturo
  6. 6. 1919 FOTOEINSTEINARCHIVES membros fundadores da academia olmpia a tEsE o mais oBscuro uma nova determinao das dimenses moleculares. esse o ttulo do trabalho mais obscuro daquele ano, finalizado em 30 de abril. Com ele, einstein obteve, em 15 de janeiro de 1906, o ttulo de doutor pela universidade de Zurique. nessa tese, einstein apresentou um novo mtodo para determinar, entre outras grandezas, os raios de molculas. acar com Gua einstein usou como modelo o acar dissolvido na gua e obteve boa concordncia com os dados experimentais dis- ponveis na poca. ele formulou um modo indireto que per- mitia estimar as dimenses de molculas dissolvidas em um lquido, bastando, para isso, conhecer a viscosidade do l- anomiraculosodEEinstEin
  7. 7. umolharparaofuturo o moVimEnto BroWniano ZiGuEZaGuE Errtico em 1827, o botnico escocs robert Brown (1773-1858) verifi- cou que gros de plen na superfcie da gua, quando obser- vados no microscpio, apresentavam um ziguezague errti- co. o fenmeno passou a ser conhecido como movimento browniano e, com einstein, se tornou uma evidncia experi- mental importante da existncia de molculas, assunto ain- da controverso no incio do sculo passado. 20 quido no caso, antes e depois da dissoluo do acar e como as molculas nele imersas se espalham (difundem). o mais citado Ainda em 1901, einstein havia enviado universidade de Zurique outra tese, mas retirou-a, no ano seguinte, depois de ser alertado de que o trabalho poderia ser rejeitado pela falta de dados experimentais que comprovassem seus resul- tados tericos. A tese de 1905 se tornaria seu trabalho mais citado na literatura cientfica moderna. razo: tem grande aplicao em outras reas, da fsico-qumica construo civil, da indstria de alimentos ecologia. umolharparaofuturo
  8. 8. 21 atraVs dE um microscpio o artigo Movimento de partculas em suspenso em um flui- do em repouso como conseqncia da teoria cintica mole- cular do calor ou, simplesmente, Movimento Browniano, como mais conhecido um desdobramento da tese. Foi recebido para publicao em 11 de maio de 1905. nele, eins- tein inferiu que essa movimentao desordenada era ocasio- nada pelos choques da partcula com as molculas do fluido, invisveis ao microscpio e agitadas em razo de sua energia trmica, que medida pela temperatura. einstein previu qual seria o deslocamento mdio da posio de cada partcula, ocasionado pelas colises com as molculas de gua. isso poderia ser medido com a ajuda de um microscpio. rEalidadE dE tomos E molculas Poucos anos depois, com base nesse artigo, o fsico francs Jean Perrin (1870-1942) obteria os resultados experimen- tais que dizimariam as dvidas sobre a realidade fsica dos tomos e das molculas. em 1913, Perrin declarou: A teoria atmica triunfou. einstein terminou um segun- do artigo sobre o mo- vimento browniano no final de 1905. ele foi re- cebido para publicao em 27 de dezembro e s seria publicado no ano seguinte, tambm na Annalen der Physik. anomiraculosodEEinstEin
  9. 9. 22 umolharparaofuturo 22 a rElatiVidadE assomBrados pElo tEr o som uma onda (mecnica) e, portanto, precisa de um meio (gasoso, lquido ou slido) para se propagar. raciocnio semelhante levou hiptese de que era necessrio um meio que preencheria todo o espao para servir de suporte propagao da luz e das outras ondas eletromagnticas. no final do sculo 19, o chamado ter, no entanto, passou a assombrar os fsicos, que no conseguiam determinar suas propriedades mecnicas e nem mesmo o movimento da terra em relao a ele. dois postulados recebido para publicao em 30 de junho de 1905, o artigo sobre a eletrodinmica dos corpos em movimento declara- ria a morte do ter com base em dois postulados: i) as leis da fsica so as mesmas para observadores inerciais, ou seja, que se movem sem acelerao (princpio da relatividade); e ii) a velocidade da luz no vcuo (cerca de 300 mil km/s) sempre a mesma, independentemente de a fonte emissora estar parada ou em movimento, ou seja, a velocidade da luz uma constante da natureza. rEViso radical A adoo desses dois postulados levou a uma reviso radical das noes sobre o espao e o tempo. em termos simples e com base em fenmenos do cotidiano, pode-se dizer que: i) o relgio de um passageiro dentro de um vago em movi- mento andar mais devagar quando comparado quele da umolharparaofuturo
  10. 10. 2323 estao esta a chamada dilatao temporal; ii) o compri- mento de um vago em movimento parecer mais curto quando medido por algum parado na

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