Albert Einstein
Foi um físico teórico alemão, radicado nos Estados Unidos
em 1933, que desenvolveu a teoria da
relatividade geral, um dos dois
pilares da física moderna (ao lado da mecânica
quântica). Embora mais
conhecido por sua fórmula de equivalência
massa-energia, E=mc² — que foi
chamada de "a equação mais famosa do mundo" —, foi laureado com o
Prêmio Nobel de Física de 1921 "por suas contribuições à física teórica e,
especialmente, por sua descoberta da lei do efeito
fotoelétrico", que foi
fundamental no estabelecimento da teoria
quântica.
No início de sua carreira acreditava que a mecânica
newtoniana não era mais suficiente para reconciliar as leis da mecânica
clássica com as leis do campo
eletromagnético. Isto o levou ao
desenvolvimento da teoria da
relatividade especial. Percebeu, no
entanto, que o princípio da relatividade também poderia ser estendido para campos
gravitacionais, e com a sua
posterior teoria da gravitação, de 1916, publicou um artigo sobre a teoria
da relatividade geral. Continuou a
lidar com problemas da mecânica estatística e teoria quântica, o que levou às suas explicações sobre a
teoria das partículas e o movimento
browniano. Também
investigou as propriedades térmicas da luz, o que lançou as bases da teoria dos
fótons de luz. Em 1917, aplicou a teoria da relatividade geral para modelar a
estrutura do universo como um todo.
Einstein estava nos Estados Unidos quando Adolf Hitler
chegou ao poder na Alemanha, em 1933, e não voltou para o seu país de origem,
onde tinha sido professor da Academia
de Ciências de Berlim. Estabeleceu-se
então nos Estados Unidos, onde naturalizou-se em 1940. Na véspera da Segunda
Guerra Mundial, ajudou a
alertar o presidente Franklin Delano Roosevelt que a Alemanha poderia estar
desenvolvendo uma arma atômica, recomendando aos Estados Unidos começar uma
pesquisa semelhante, o que levou ao que se tornaria o Projeto
Manhattan. Apoiou as
forças aliadas, denunciando no entanto a utilização da fissão nuclear como uma
arma.
Realizou diversas viagens ao redor do mundo, deu
palestras públicas em conceituadas universidades e conheceu personalidades
célebres de sua época, tanto na física quanto fora do mundo acadêmico. Publicou
mais de 300 trabalhos científicos, juntamente com mais de 150 obras não
científicas. Suas grandes conquistas intelectuais e originalidade fizeram da
palavra "Einstein" sinônimo de gênio. Em 1999 foi eleito por 100
físicos renomados o mais memorável físico de todos os tempos. No mesmo ano a
revista Time, em uma
compilação com as pessoas mais importantes e influentes, o classificou a pessoa
do século XX.
Albert Einstein
nasceu em Ulm, no Reino de
Württemberg, Império Alemão, em 14 de março de 1879.Seus pais eram Hermann Einstein, um vendedor e engenheiro, e Pauline Einstein. Os Einstein eram judeus asquenazes não
praticantes. Em 1880 a família mudou-se para Munique, onde seu pai e tio fundaram a
Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie, empresa que fabricava
equipamentos elétricos acionados por corrente
contínua. Um ano mais
tarde seus pais deram à luz a uma menina, Maria
"Maja" Einstein, sua irmã mais nova.Com cinco anos de idade o jovem Albert estudou em uma
escola elementar católica durante três anos. Aos oito foi transferido para o
Ginásio Luitpold , onde recebeu educação escolar avançada primária e secundária,
até deixar a Alemanha sete anos depois.Embora se acreditasse que Einstein tinha
dificuldades iniciais de fala, isto é contestado pelo Albert Einstein Archives; ele se destacou na primeira escola que
frequentou.
Seu pai uma vez mostrou-lhe uma bússola de bolso.
Percebeu que deveria haver algo que fizesse com que a agulha se movesse, apesar
do aparente "espaço vazio". Quando cresceu, Einstein construiu
modelos e dispositivos mecânicos por diversão, começando a mostrar talento para
a matemática.Desse momento em diante, até deixar o Ginásio, seu interesse em
física, matemática e filosofia desenvolveram-se de forma independente dos seus
estudos formais na escola.
No final do verão de 1895, com dezesseis anos de idade,
dois antes da idade padrão, Einstein realizou os exames de admissão para a
Escola Politécnica Federal Suíça em Zurique. Ele não conseguiu alcançar o padrão exigido
em várias disciplinas, com destaque para o francês, mas obteve notas excepcionais
em física e matemática. Seguindo o conselho do diretor da Politécnica,
frequentou a Escola Cantonal em Aarau, Suíça, entre 1895 e 1896 para completar o
ensino secundário.
Depois de formado, Einstein passou quase dois anos
frustrantes procurando um cargo de professor. O pai de Marcel Grossmann o
ajudou a conseguir um emprego em Berna, no Instituto
Federal Suíço de Propriedade Intelectual, o escritório de patentes da Suíça, onde começou a
trabalhar em 16 de junho de 1902 como examinador assistente. Dentre outros avaliou pedidos de patentes de
dispositivos eletromagnéticos. Em 1903 seu posto no escritório de patentes
tornou-se permanente, embora tenha sido preterido para promoção até que
"dominasse totalmente a tecnologia da máquina".
Muito de seu trabalho no escritório de patentes
relacionava-se a questões sobre a transmissão de sinais elétricos e
sincronização eletro-mecânica do tempo, dois problemas técnicos que aparecem
visivelmente nos experimentos
mentaisque o levaram a
suas conclusões radicais sobre a natureza da luz e da conexão fundamental sobre
o espaço e tempo.
Com alguns amigos que conheceu em Berna, começou um
pequeno grupo de discussão, auto-denominado Academia Olímpia, que se reunia regularmente para discutir
ciência e filosofia.
Em fevereiro de 1901, Einstein adquiriu a nacionalidade
suíça.Poucos meses depois, no início do mesmo ano,
seu artigo "Conclusões dos Fenômenos da Capilaridade"
("Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen") foi publicado no
prestigiado periódico acadêmico Annalen der Physik. Foi seu primeiro artigo científico a ser publicado, os editores ficaram
impressionados e publicaram o trabalho do jovem cientista desconhecido em
março, quando tinha completado apenas 22 anos. Estimulado pelo seu sucesso
inicial, poucos meses depois, em setembro, o jovem futuro pai começou a
trabalhar em uma tese sobre as forças moleculares em gases que esperava que lhe
conferisse o grau acadêmico de doutor pela Universidade de
Zurique. Em
30 de abril de 1905, terminou sua tese com Alfred Kleiner, professor de física experimental, como
orientador legal. Obteve seu doutoramento pela Universidade de Zurique, com a
tese "Uma Nova Determinação das Dimensões Moleculares" ("Eine
neue Bestimmung der Moleküldimensionen").No mesmo ano, que tem sido
chamado de Ano Miraculoso de Einstein, publicou quatro trabalhos
revolucionários sobre o efeito fotoelétrico, o movimento browniano, a
relatividade especial e a equivalência entre massa e energia, que o levariam ao
conhecimento do mundo acadêmico.
Em 1911, calculou que, com base em sua nova teoria da
relatividade geral, a luz de uma estrela seria curvada pela gravidade do Sol.
Essa previsão foi dada como confirmada em observações feitas por uma expedição
britânica liderada por Sir Arthur Stanley
Eddington, durante o eclipse
solar de 29 de maio de 1919. Notícias da mídia internacional fizeram Einstein famoso no mundo inteiro
por este feito. Em 7 de novembro daquele mesmo ano.
Em outubro de 1933 voltou para os Estados Unidos,
assumindo um cargo no Instituto
de Estudos Avançados de Princeton, o que exigia sua presença durante seis meses por ano. Ainda estava indeciso sobre o
seu futuro (tinha ofertas de universidades europeias, incluindo Oxford), mas em
1935 chegou à decisão de permanecer permanentemente nos Estados Unidos e requerer
a cidadania norte-americana. No mesmo ano comprou uma casa em Princeton, Sua
afiliação com o Instituto de Estudos Avançados duraria até sua morte, em 1955.
Durante este período, Einstein trabalhou para desenvolver uma teoria do campo
unificado e para refutar a interpretação aceita da física quântica, em ambos os casos sem sucesso.
Projeto Manhattan
Acredita-se que a carta seja "provavelmente o
estímulo fundamental para a adoção pelos Estados Unidos de investigações sérias
em armas nucleares na véspera da entrada do país na Segunda Guerra
Mundial". O presidente Roosevelt não poderia
correr o risco de permitir que Hitler possuísse primeiro as bombas atômicas.
Como resultado da carta de Einstein e seus encontros com o presidente
norte-americano, os Estados Unidos entraram na "corrida" para
desenvolver a bomba, aportando seus "imensos recursos materiais,
financeiros e científicos" para iniciar o Projeto
Manhattan, tornando-se o
único país a desenvolver com sucesso uma bomba atômica durante a Segunda Guerra
Mundial. Para Einstein, a
guerra era uma doença .... [e] "ele sempre apelou para a resistência à
guerra." Ao assinar a carta a Roosevelt, agiu contrariamente aos seus
princípios pacifistas. Em 1954, um ano antes do seu falecimento, disse ao seu
velho amigo Linus Pauling, "Eu cometi um grande erro na minha
vida - quando assinei a carta ao presidente Roosevelt recomendando a construção
da bomba atômica; mas nesse tempo havia uma justificativa - o perigo de que os
alemães a construíssem..."
Últimos anos e morte
No verão de 1950, seus médicos descobriram que um
aneurisma — um vaso sanguíneo fraco — em sua aorta abdominal estava ficando maior. Quando foi encontrado,
os médicos tinham poucas opções de tratamento e envolveram o vaso sanguíneo
inflamado com papel celofane na esperança de evitar uma hemorragia. Einstein
parecia ter recebido bem a notícia, assim como recusou quaisquer tentativas
cirúrgicas adicionais para corrigir o problema.
Recusou a cirurgia dizendo: "Quero ir quando eu quiser. É de mau gosto
ficar prolongando a vida artificialmente. Fiz a minha parte, é hora de ir
embora e eu vou fazê-lo com elegância". Em 18 de
março de 1950, assinou seu testamento. Deixou todos os seus manuscritos para a Universidade
Hebraica de Jerusalém, a escola que
ajudou a fundar em Israel; e legou seu violino para seu primeiro neto, Bernhard
Caesar Einstein.
Einstein também organizou seus assuntos funerários.
Queria uma cerimônia simples e sem lápide. Escolheu não ser enterrado já que
não queria ter um túmulo que poderia ser transformado em um local turístico, e,
ao contrário da tradição judaica, pediu para ser cremado. Seus últimos dias
foram relativamente pacíficos. Morreu cedo na manhã de segunda-feira em 18 de
abril de 1955, no Hospital de Princeton às 1h15 da manhã, com 76 anos de idade,
tendo continuado a trabalhar até quase o fim de sua vida. Suas últimas palavras
pronunciadas em alemão não puderam ser entendidas pela enfermeira.98
Durante a autópsia, o patologista do Hospital de
Princeton, Thomas Stoltz
Harvey, removeu o
cérebro de Einstein para preservação, sem permissão,
na esperança de que a neurociência do futuro seria capaz de descobrir o que o
fez tão inteligente.Seus restos mortais foram
cremados e suas cinzas espalhadas muito provavelmente ao longo do rio Delaware, perto de Princeton, por seus amigos. Em sua palestra no memorial
de Einstein, o físico nuclear Robert Oppenheimer resumiu sua impressão sobre
ele como pessoa: "Ele foi quase totalmente sem sofisticação e totalmente
sem mundanismo... Havia sempre com ele uma pureza maravilhosa ao mesmo tempo
infantil e profundamente teimosa".
Carreira
científica
Ao longo de sua vida, Einstein publicou centenas de
livros e artigos. Além do trabalho individual, também colaborou com outros
cientistas em outros projetos, incluindo a estatística de Bose-Einstein, o
refrigerador de Einstein e outros. Publicou mais de trabalhos científicos, juntamente com mais de
150 obras não científicas.
Artigos do Ano Miraculoso
Os quatro artigos são:
Sobre um ponto de vista heurístico relativo à
produção e transformação da luz: Foi resolvido um quebra-cabeça sem solução,
sugerindo que a energia é trocada apenas em quantidades discretas (quanta).Esta ideia foi fundamental para o desenvolvimento
inicial da teoria quântica.
Sobre o movimento
de pequenas partículas em suspensão dentro de líquidos em repouso, tal como
exigido pela teoria cinético-molecular do calor: Reconciliou as equações de
eletricidade e de magnetismo de Maxwell com as leis da mecânica, introduzindo
Sobre a
Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento: Reconciliou as equações de eletricidade
e de magnetismo de Maxwell com as leis da mecânica, introduzindo alterações
importantes na mecânica perto da velocidade da luz, que resultam da análise com
base na evidência empírica de que a velocidade da luz é independente do
movimento do observador.108Desacreditou o
conceito de um "éter luminoso".
A inércia de um corpo depende do seu conteúdo
energético?Equivalência de matéria e energia, E=mc² (e, por consequência, a
capacidade da gravidade em "curvar" a luz), a existência da
"energia de repouso" e a base da energia nuclear.
Flutuações
termodinâmicas e física estatística
O primeiro trabalho de Einstein, publicado em 1900 no Annalen der Physik, versou sobre a atração capilar.Foi
publicado em 1901 com o título "Folgerungen aus den Kapillarität
Erscheinungen", que se traduz como "Conclusões sobre os fenômenos de
capilaridade". Dois artigos que publicou entre 1902 e 1903 (termodinâmica)
tentaram interpretar fenômenos atômicos a partir de um ponto de vista estatístico.
Estas publicações foram a base para o artigo de 1905 sobre omovimento
browniano, que mostrou que
pode ser interpretado como evidência sólida da existência das moléculas. Sua
pesquisa em 1903 e 1904 estava centrada principalmente sobre o efeito do
tamanho atômico finito em fenômenos de difusão.
Relatividade,
E=mc² e o princípio da equivalência
Articulou o princípio da relatividade.Isto foi entendido por Hermann Minkowski como uma
generalização da invariância rotacional, do espaço para o espaço-tempo. Outros princípios postulados por Einstein e
mais tarde provados são o princípio da equivalência e o princípio da
invariância adiabática do número quântico.
A relatividade geral é uma teoria da gravitação que foi
desenvolvida por Einstein entre 1907 e 1915. De acordo com arelatividade
geral, a atração
gravitacional observada entre massas resulta da curvatura do espaço e do tempo
por essas massas. A relatividade geral tornou-se uma ferramenta essencial na
astrofísica moderna. Ela fornece a base para o entendimento atual de buracos negros, regiões do espaço onde a atração
gravitacional é tão forte que nem mesmo a luz pode escapar.
Como disse mais tarde, a razão para o desenvolvimento da
relatividade geral foi a de que a preferência de movimentos inerciais dentro da
relatividade especial foi insatisfatória, enquanto uma teoria que, desde o
início, não prefere nenhum estado de movimento (mesmo os mais acelerados) deve
parecer mais satisfatória.Assim, em 1908, publicou
um artigo sobre aceleração sob a relatividade
especial. Nesse artigo,
ele argumentou que a queda livre é realmente o movimento inercial e que, para
um observador em queda livre, as regras da relatividade especial devem se
aplicar. Este argumento é chamado de princípio da
equivalência. No mesmo
artigo, Einstein também previu o fenômeno da dilatação do tempo gravitacional.
Em 1911, Einstein publicou outro artigo expandindo o de 1907, em que efeitos
adicionais, como a deflexão da luz por corpos maciços eram previstos.
Seu artigo "Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em
Movimento" ("Zur Elektrodynamik bewegter Körper") foi recebido
em 30 de junho de 1905 e publicado em 26 de setembro daquele mesmo ano.Concilia as equações de Maxwell para a
eletricidade e o magnetismo com as leis da mecânica, através da introdução de
grandes mudanças para a mecânica perto da velocidade da
luz. Isto mais tarde
se tornou conhecido como a teoria da relatividade especial de Einstein. As
consequências disto incluem o intervalo de espaço-tempo de um corpo em
movimento, que parece reduzir de velocidade e se contrair (na direção do
movimento), quando medido no plano do observador.
A teoria da relatividade geral tem uma lei fundamental —
as equações de Einstein que descrevem como o espaço se curva, a equação
geodésica que descreve como as partículas que se movem podem ser derivadas a
partir das equações de Einstein. Uma vez que as equações da relatividade geral
são não-lineares, um pedaço de energia feita de campos gravitacionais puros,
como um buraco negro, se moveria em uma trajetória que é determinada pelas
equações de Einstein, e não por uma nova lei. Assim, Einstein propôs que o
caminho de uma solução singular, como um buraco negro, seria determinado como
uma geodésica da própria relatividade geral. Isto foi estabelecido por
Einstein, Infeld e Hoffmann para objetos pontuais sem movimento angular, e por Roy Kerr para objetos em rotação.
Einstein colaborou com outros cientistas para produzir um
modelo de um buraco de
minhoca.Sua motivação foi modelar partículas elementares com
carga como uma solução de equações do campo gravitacional, em linha com o
programa descrito no documento "Campos gravitacionais desempenham um papel
importante na constituição das partículas elementares?". Estas soluções
recortadas e coladas em buracos negros de Schwarzschild para fazer uma ponte
entre dois caminhos. Se uma extremidade de um buraco de minhoca fosse carregado
positivamente, o outro extremo seria carregado negativamente. Estas
propriedades conduziram Einstein a acreditar que os pares de partículas e
antipartículas poderiam ser descritos desta maneira.
Fótons, átomo e
quantum de energia.
Em seu artigo "Sobre um ponto de vista heurístico
relativo à produção e transformação da luz" ("Über einen die
Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen
Gesichtspunkt"), Einstein postulou que a luz em si consiste de partículas
localizadas (quanta). Os quanta de
luz de Einstein foram quase universalmente rejeitados por todos os físicos,
incluindo Max Planck e Niels Bohr. Essa ideia só se tornou universalmente
aceita em 1919, com os experimentos detalhados de Robert Millikan sobre oefeito
fotoelétrico, e com a medida de
espalhamento Compton. Einstein
concluiu que cada onda de frequência f é
associada com um conjunto de fótons com uma energia hf cada, em que h é a constante
de Planck. Ele não diz
muito mais, porque não tinha certeza de como as partículas estão relacionadas
com a onda. Mas ele sugere que essa ideia poderia explicar alguns resultados
experimentais, especialmente o efeito fotoelétrico.
Em 1907, propôs um modelo de matéria em que cada átomo de
uma estrutura de rede é um oscilador harmônico independente. No modelo de
Einstein, cada átomo oscila de forma independente — uma série de estados
quantizados igualmente espaçados para cada oscilador. Einstein estava
consciente de que obter a frequência das oscilações reais seria diferente, mas
ele propôs esta teoria porque era uma demonstração particularmente clara de que
a mecânica quântica poderia resolver o problema do calor específico na mecânica
clássica.
Teoria do campo
unificado e cosmologia
Depois de sua pesquisa sobre a relatividade geral,
Einstein entrou em uma série de tentativas de generalizar sua teoria geométrica
da gravitação para incluir eletromagnetismo como outro aspecto de uma única
entidade. Em 1950, ele descreveu sua "teoria do campo unificado" em
um artigo da Scientific American, intitulado "Sobre a Teoria da Gravitação Generalizada".Embora continuasse a ser elogiado por seu trabalho,
tornou-se cada vez mais isolado em sua pesquisa, e seus esforços foram
infrutíferos. Em sua busca por uma unificação das forças fundamentais, Einstein
ignorou alguns desenvolvimentos da física corrente, principalmente as forças nucleares
forte e fraca, que não foram
muito compreendidas até muitos anos após sua morte. A física corrente, por sua
vez, em grande parte ignorou suas abordagens à unificação. O sonho de Einstein
de unificar as outras leis da física com a gravidade motivam missões modernas
para uma teoria de tudo e em particular a teoria das
cordas, onde os campos
geométricos surgem em um ambiente da mecânica quântica unificada.
Em 1917, aplicou a teoria da relatividade geral para
modelar a estrutura do universo como um todo.Ele
queria que o universo fosse eterno e imutável, mas este tipo de universo não é
consistente com a relatividade. Para corrigir isso, modificou a teoria geral
através da introdução de uma nova noção, a constante
cosmológica. Com uma
constante cosmológica positiva, o universo poderia ser uma esfera eterna
estática.
Einstein acreditava que um universo esférico estático é
filosoficamente preferido, porque obedeceria ao princípio de Mach. Ele havia
mostrado que a relatividade geral incorpora o princípio de Mach, até um certo
ponto, no arraste de planos por campos gravitomagnéticos, mas ele sabia que a
ideia de Mach não funcionaria se o espaço continuasse para sempre. Em um
universo fechado, ele acreditava que o princípio de Mach se manteria. O
princípio de Mach tem gerado muita controvérsia ao longo dos anos.
Amor
pela música
Einstein desenvolveu um gosto pela música em uma idade
precoce. Sua mãe tocava piano razoavelmente bem e queria que seu filho
aprendesse a tocar violino, não só para incutir nele o amor pela música, mas
também para ajudá-lo a assimilar a cultura alemã. De acordo com o maestro Leon
Botstein, Einstein disse ter começado a tocar quando tinha cinco anos, mas não
o apreciava nessa idade.No entanto, quando
completou treze anos descobriu as sonatas para violino de Mozart. "Einstein se apaixonou" com a
música de Mozart, observou Botstein, e aprendeu a tocar a música com mais
vontade. De acordo com o próprio físico, ele aprendeu sozinho a tocar sem
"nunca praticar sistematicamente", acrescentando que "o amor é
um professor melhor do que um sentido de dever".Aos dezessete anos, ele
foi ouvido por um examinador de sua escola em Aarau quando tocava sonatas de
Beethoven no violino, tendo o examinador afirmado depois que seu toque era
"notável e revelador de uma grande visão." O que impressionou o
examinador, escreveu Botstein, era que Einstein "exibiu um amor profundo
pela música, uma qualidade que foi e continua a ser escassa. A música possuía
um significado incomum para esse estudante."
Einstein recebeu inúmeros prêmios e honrarias, incluindo
o Prêmio
Nobel de Física.
Imagens: google 2015
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