Einstein e a obsessão pela natureza da luz

AS CINCO IDADES DO UNIVERSO - PARTE 6

PETER MOON

Certa vez perguntaram a Albert Einstein (1879-1955) se ele se lembrava de um colega dos tempos da faculdade em Zurique. O sujeito era um gênio. Professores e alunos eram unânimes em afirmar que seu futuro seria brilhante. Meio século depois, Einstein revolucionara a ciência – e a contribuição científica do colega promissor era inexistente. “Sim, ele era brilhante”, disse Einstein. “Seus interesses abarcavam o mundo. por isso mesmo nunca descobriu nada. Só descobre alguma coisa quem tem um único interesse.” O interesse de Einstein era a luz. Interesse? Não. Obsessão.

A obsessão de Einstein pela luz brotou em 1885, quando seu pai e seu tio abriram em Munique uma oficina de materiais elétricos, a Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie. o pequeno Albert tinha 6 anos. Ele se encantava com o funcionamento de bússolas e imãs. brincava e corria ao lado das bancadas de trabalho da oficina. Observava fascinado o funcionamento dos motores elétricos que moviam ferramentas, acendiam lâmpadas incandescentes e iluminavam sua mente. Foi assim, brincando na oficina, que aquele menino judeu alemão começou a investigar o problema da natureza da luz.

O que era a luz? Qual seria a sua constituição? Aos 6 anos, os únicos meios à disposição de Einstein para abordar questões tão complexas para as quais ninguém ainda havia obtido resposta - o que Einstein não desconfiava - eram a sua inteligência e a sua imaginação. Quanto à falta de domínio do ferramental apropriado, a matemática, Einstein tratou de saná-la por conta própria nos anos seguintes. “Antes dos 15 anos, já dominava cálculo diferencial e integral", disse certa vez.

Aos 16 anos, em 1896, Einstein realizou a sua primeira “experiência mental”, visualizando uma viagem lado a lado com um feixe de luz. “Como seria viajar na velocidade da luz, a 300 mil km/s?”, teria imaginado aquele adolescente brilhante. “Como veríamos o mundo a nossa volta? Como um observador externo me enxergaria?”.

Ainda em 1896, Einstein ingressou na escola politécnica de Zurique, onde se formou físico na classe de 1900. Naquele momento, aos 21 anos, não havia na face da terra nenhum ser humano que havia dedicado mais tempo, pensamento e esforço ao estudo da luz.

Um novo Newton

No final do século XIX, o mundo precisava de um novo Isaac Newton... Publicada em 1687, a sua lei da gravitação universal não era mais suficiente para explicar com precisão alguns fenômenos observados pelos astrônomos. O mais famoso deles era uma discrepância quase imperceptível na órbita de mercúrio (leia Isaac Newton e o pé de jaca). Quem se apoiou sobre os ombros de Newton para enxergar um pouco além no horizonte do oceano cósmico foi Einstein.

Após se formar em 1900, Einstein gastou dois anos procurando sem sucesso emprego em alguma universidade. Em 1903, foi trabalhar como assistente no escritório federal de propriedade intelectual da suíça, em Berna. Durante o dia, a tarefa de Einstein era avaliar a concessão de patentes de aparelhos elétricos. À noite, após jantar com a mulher, Mileva, a obra de Einstein era ampliar as fronteiras do conhecimento da humanidade sobre a matéria, a energia e o funcionamento do universo.

O novo Newton foi revelado ao mundo em 1905, o “annus mirabillis” (ano milagroso) de Einstein, graças à publicação, entre março e setembro, de uma sequência de quatro pequenos trabalhos que revolucionaram a nossa compreensão da natureza. Os trabalhos tratavam, por ordem de publicação no periódico cientifico Annalen der Physik, do efeito fotoelétrico, do movimento browniano, da relatividade restrita, e da equivalência entre matéria e energia.

Qualquer um deles, isoladamente, seria suficiente para destacá-lo aos 26 anos como o maior físico desde Newton. Qualquer um daqueles trabalhos lhe valeria o Nobel de física - que ele receberia em 1921 graças ao estudo do efeito fotoelétrico.

Um novo universo

Embora todos sejam obras de gênio, dois trabalhos se destacam. Em sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento, que ficou conhecido como a teoria da relatividade restrita, Einstein expõe a sua nova visão do espaço e do tempo. Para Newton, o tempo e o espaço eram os mesmos para os diferentes observadores de um mesmo fenômeno físico. Para Einstein, o espaço e o tempo não são entidades separadas nem constantes. o espaço-tempo é relativo e varia de acordo com a posição do observador em relação a um fenômeno. Não é do escopo desta coluna tentar explicar a relatividade restrita. no momento, basta ao leitor saber que a relatividade restrita alterou para sempre os nossos conceitos de espaço e de tempo.

O último trabalho “milagroso” que Einstein publicou em 1905 tinha apenas três páginas incompletas. A inércia de um corpo depende da sua energia? Terminava com a afirmação de que “a massa de um corpo é uma medida da sua energia contida”, seguida por uma equação que relacionava a energia de um corpo como sendo uma função da sua massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz.

Como se pode verificar, a célebre equação E=mc² ainda não aparecia em sua forma final neste trabalho, embora pudesse ser deduzida a partir de uma simples multiplicação. E foi exatamente a equação e=mc² que fez nascer a era nuclear, as bombas de Hiroshima e Nagasaki, e a lógica inicial que levaria à compreensão do modo como as estrelas produzem energia em suas fornalhas nucleares.

Segundo E=mc², qualquer quantidade ínfima de matéria encerra em seu âmago uma quantidade absurdamente grande de energia. Basta saber que a bomba de Hiroshima tinha 2 quilos de urânio enriquecido. calcula-se que somente de 600 a 860 miligramas (entre 0,6 e 0,86 gramas) de urânio foram convertidas instantaneamente em energia, gerando uma explosão equivalente a 18 quilotons ou 18 mil toneladas de TNT, que matou 100 mil pessoas.

Em 1905, Einstein revelou à humanidade que matéria e energia são duas faces inseparáveis da mesma moeda. Em 1905, Einstein revelou à humanidade que o espaço e o tempo são inseparáveis, que formam o espaço-tempo, o tecido do cosmo.

Em 1915, com a publicação da teoria geral da relatividade, Einstein colocaria a matéria-energia e o espaço-tempo num contexto maior, cuja manifestação é a força da gravidade. É este contexto maior, o do universo relativístico, que domina os cálculos dos astrofísicos desde então.

São suas fórmulas que fazem com que a constelação de satélites do sistema de localização por GPS se mantenha sincronizado, a despeito das distâncias que os separam e do tempo que leva para o sinal emitido pelo seu aparelho de GPS efetuar a triangulação com pelo menos três satélites em órbita a dezenas de milhares de quilômetros de distância um do outro.

São as equações de Einstein que levaram o homem à lua e suas sondas aos confins do sistema solar. Desde que se descobriu em 1929 que o universo está em expansão, a gravidade de Einstein vinha ditando os futuros prováveis do cosmo. A relatividade fornecia duas possibilidades. Se o universo tivesse massa suficiente para, em função da sua atração gravitacional, parar a expansão iniciada há 13,7 bilhões de anos no Big Bang, o cosmo eventualmente começaria a se contrair para terminar num inferno de densidade e calor infinitos, o Big Crunch, o contrário do Big Bang.

Se, por outro lado, faltasse ao universo massa para cessar a expansão iniciada no Big Bang, o universo iria desacelerar por toda a eternidade.

Um universo novíssimo

Em 1998, as duas possibilidades foram descartadas. os ganhadores do Nobel de física de 2011, os americanos Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess descobriram que, contra todas as expectativas, a expansão universal está acelerando. E ainda não se sabe o por quê? A este desconhecimento dá-se o nome de energia escura, uma força desconhecida que age no sentido oposto ao da gravidade, esgarçando o tecido do espaço-tempo.

Passados 15 anos da descoberta do universo acelerado e da energia escura, têm-se hoje duas certezas. A primeira é que a relatividade de Einstein não fornece a resposta necessária e tão procurada. A segunda é que o universo se expandirá eternamente e cada vez mais rápido. Num futuro distante, as galáxias estarão tão afastadas umas das outras que sua luz deixará de nos alcançar. O céu começará a se tornar escuro - realmente escuro. Será o início da terceira idade do universo, a era da degeneração.

Em 1905, a humanidade precisava de um novo Newton.

Em 2013, o mundo precisa de um novo Einstein.

continuação de: Isaac Newton e o pé de jaca

continua em: Cinco bilhões de anos de solidão