Einstein – Para entender de uma vez
Novo livro da SUPER, escrito por Salvador Nogueira, explica a obra do gênio de cabo a rabo, como você nunca viu. Saiba o que você vai encontrar lá dentro
É uma daquelas histórias que passa de livro em livro, de biografia em
biografia, e, embora ninguém saiba ao certo quanto há de verdade nela, é
tão boa que ao menos merecia ser verdadeira. Então vamos lá novamente.
Em 1931, Charlie Chaplin convida Albert Einstein para a estreia de seu
mais recente filme, Luzes da Cidade. Em Hollywood, conforme as
duas estrelas – uma da arte e outra da ciência – caminham juntas, são
reconhecidas por uma multidão, que passa a aplaudi-las fervorosamente.
“Eles nos aplaudem”, disse Chaplin a seu convidado de honra, “eu porque
todo mundo me entende e você porque ninguém o entende”.
Diversas versões desse episódio – algumas mais engraçadas – circulam por aí desde a primeira vez em que ele foi mencionado, numa autobiografia publicada em 1947 por János Plesch, médico e amigo de Einstein por mais de duas décadas. E, sendo ou não verdadeiro, o caso exprime um fato real bastante conhecido: a imensa maioria das pessoas acha as ideias do físico alemão tão geniais quanto impenetráveis, o que as faz desistir de entendê-las antes mesmo de tentar.
Nem podemos dizer que se trata de um temor infundado. Se alguém chega para você e diz, de sopetão, que o tempo e o espaço são flexíveis, matéria e energia são a mesma coisa, e eventos que são simultâneos para uma pessoa não serão simultâneos para outra, a reação mais comum é jogar tudo para o alto e correr em desespero, diante de um mundo que claramente não é mais o que costumava ser. Natural. Foi exatamente desse modo, por sinal, que boa parte dos físicos reagiu no início do século 20, quando Einstein começou a dizer essas coisas todas. Tudo parecia tão maluco que a Academia Real de Ciências da Suécia nem teve coragem de premiá-lo com o Nobel pela teoria da relatividade – de onde nasceram todas essas ideias –, e sim por algo mais trivial, e menos sujeito a controvérsias: sua explicação de um fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico, em que a incidência de luz sobre uma placa metálica leva ao surgimento de uma corrente elétrica. (Não subestime o tamanho dessa realização, contudo: ela foi o primeiro grande trabalho baseado na física quântica, que produziria uma revolução tão grande quanto a relatividade – senão maior).
Fico feliz, portanto, de encontrá-lo aqui, lendo estas linhas. Isso
mostra que você é uma das pessoas que acham que vale a pena entender o
que Einstein nos revelou sobre o Universo. E eis o primeiro grande
segredo para que tudo fique claro: a grande barreira à compreensão é que
tentamos justamente começar pelas conclusões da teoria, e não pelas
premissas. E aí, além de ficar bem mais difícil de entender, perdemos um
dos mais encantadores aspectos da mente de Einstein: seu apreço
incondicional por ideias belas e simples.
Pense no paradoxo dos gêmeos, a ideia de que um dos irmãos viajando pelo espaço em altíssima velocidade envelhece muito mais devagar do que o outro que ficou na Terra. Cabe lembrar que, para chegar à conclusão de que isso de fato acontece, Einstein precisou apenas de duas premissas básicas, ambas de uma simplicidade ímpar. A primeira soa como um truísmo, uma verdade em si mesma: as leis da física produzem resultados iguais para quaisquer observadores em condições equiparáveis de movimento, ou seja, sem aceleração relativa entre si.
Dá para acreditar nisso sem grandes questionamentos, não? A segunda é menos óbvia, mas nem por isso menos elementar: a luz no vácuo, para qualquer observador, ou seja, em qualquer referencial, viaja sempre à mesma velocidade, independentemente de onde parte ou aonde chega. Enfim, ela é invariante. Se você correr com seu carro atrás de uma Ferrari, não vai alcançá-la. Mas vai observar o carrinho vermelho se afastando de você a uma velocidade menor. Com a luz isso não acontece. Pegue uma Ferrari, ou um jato, ou a nave espacial mais veloz que um dia será construída. Não acontece nada. O raio de luz continua se afastando com a mesma velocidade aparente, como se “fugisse” de você. Em outras palavras, a velocidade relativa de uma Ferrari varia. Se ela estiver a 250 km/h e você, a 100 km/h, essa velocidade relativa entre vocês será de 150 km/h. Se você acelerar mais um pouco, diminui para 100 km/h. Com a luz não. A velocidade dela é de 1,08 bilhão de km/h . Acelere a 1 bilhão de km/h, e o que acontece? A luz continua se afastando de você a exatamente 1,08 bilhão de km/h. Igual quando você está parado. Em outras palavras, a velocidade da luz é absoluta. Não varia nunca. (Não por acaso, Einstein, de início, chamou sua criação de “teoria da invariância”, antes de adotar o termo “relatividade”.)
Pronto: com base nessas duas premissas, e mais nada, Einstein destrói o espaço e o tempo fixos e imutáveis concebidos por Isaac Newton e reformula nosso modo de enxergar a realidade. Como? Calma, estamos apenas na introdução. Vamos chegar lá.
O principal objetivo deste livro, por sinal, é mostrar que não há nada que impeça você de chegar às mesmas conclusões a que o grande físico alemão chegou, e então aceitá-las como naturais. Em essência, quero provar que ninguém precisa ser um Einstein para compreender as ideias de Einstein.
Por outro lado – e isso também é uma mensagem importante –, foi preciso haver um Einstein para dar à luz todas essas descobertas fascinantes.
Albert nasceu em Ulm, então parte do Império Alemão, em 14 de março de 1879, filho de Hermann Einstein com Pauline Koch. Aos 17 anos, para evitar o serviço militar, ele renunciou à cidadania alemã e foi admitido na Politécnica Federal Suíça em Zurique. Lá ele conheceria Mileva Marić, a única mulher dentre os estudantes de matemática e física. O romance entre os dois logo floresceu e Mileva teria influência importante em suas futuras ideias científicas.
Einstein formou-se em 1900, mas passou dois anos procurando trabalho, até finalmente conseguir uma vaga no escritório de patentes de Berna, como examinador-assistente. Trabalhando lá, em meio à papelada, encontrou tempo para desenvolver algumas de suas ideias mais geniais. Einstein rotineiramente usava o que ele chamou de gedankenexperimenten – “experimentos mentais”, em alemão. Eram testes que na realidade não teriam como ser executados, mas podiam acontecer dentro da mente, se o imaginador tivesse um sentido de abstração suficientemente aguçado.
Em 1905, com apenas 26 anos, Einstein teria seu grande surto criativo, com uma série de artigos científicos que confirmariam a existência dos átomos (nosso assunto do capítulo 1), explicariam o efeito fotoelétrico com base em uma descrição quântica da luz (iniciando assim uma revolução científica de primeira grandeza, da qual falaremos no capítulo 2), formulariam a teoria da relatividade restrita (redefinindo espaço e tempo, como veremos no capítulo 3) e descreveriam a equação mais famosa da ciência: E=mc2 (em que energia e matéria se tornam faces da mesma moeda, como veremos no capítulo 4).
Tão incríveis e frenéticas foram essas realizações que 1905 ficou conhecido como o annus mirabilis – ano miraculoso – da física. Havia, contudo, muito mais a ser feito. O físico alemão sabia que a sua primeira versão da relatividade estava incompleta e precisava ser ainda desenvolvida, de modo a ser generalizada para todas as circunstâncias possíveis. Albert passou boa parte da década seguinte buscando essa resposta.
Em 1909, Einstein se tornou professor da Universidade de Zurique e, em 1914, retornou à Alemanha, onde se tornaria diretor do Instituto Kaiser Wilhelm para Física e professor da Universidade Humboldt de Berlim. Foi lá que o físico concluiu a teoria da relatividade geral – sua obra-prima científica. Publicada em 1916, é ela que permite a Einstein suplantar Isaac Newton, ao criar uma nova e mais sofisticada teoria da gravitação – assunto que abordaremos no capítulo 5.
Em seguida, no capítulo 6, exploraremos algumas das consequências tecnológicas das ideias de Einstein – e elas vão mais longe do que se costuma pensar.
Daí em diante libertaremos todo o poder exploratório da relatividade, que nos permite compreender a origem e a evolução do Universo (capítulo 7), seu potencial destino (capítulo 8), a bizarra natureza dos buracos negros (capítulo 9), os fenômenos das lentes gravitacionais (capítulo 10) e o fato de que o próprio tecido do espaço-tempo pode ser chacoalhado pela gravidade, nas agora famosas e recentemente confirmadas ondas gravitacionais (capítulo 11).
Também é verdade que os escritores de ficção científica devem tanto a Einstein quanto os próprios físicos, pois a relatividade geral permite, ao menos em teoria, coisas realmente incríveis, a começar por viagens no tempo (capítulo 13).
Mais adiante, explicamos os aspectos mais surpreendentes da mecânica quântica explorados por Einstein, como a previsão de que haveria um novo estado da matéria a temperaturas muito baixas, o condensado de Bose-Einstein (capítulo 14), e a de que partículas poderiam de alguma forma se comunicar instantaneamente a distância, no fenômeno conhecido como emaranhamento (capítulo 15) – algo que parecia loucura completa até ser demonstrado experimentalmente. E hoje é graças a isso que pesquisadores no mundo inteiro realizam testes de teletransporte quântico.
Por fim, terminamos, no capítulo 16, onde Einstein também parou, com uma busca incessante de três décadas por uma teoria capaz de costurar a relatividade e a mecânica quântica. A maior parte desse esforço se deu nos Estados Unidos, onde Einstein se exilou em 1933, depois que Adolf Hitler chegou ao poder na Alemanha. O físico tornou-se pesquisador do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, onde permaneceria até sua morte, em 18 de abril de 1955. E até hoje os físicos seguem se debatendo para tentar realizar o sonho dele e construir essa “teoria final”, que potencialmente explicaria de forma segura o que levou ao surgimento do Universo e o que existe no interior dos buracos negros.
Diversas versões desse episódio – algumas mais engraçadas – circulam por aí desde a primeira vez em que ele foi mencionado, numa autobiografia publicada em 1947 por János Plesch, médico e amigo de Einstein por mais de duas décadas. E, sendo ou não verdadeiro, o caso exprime um fato real bastante conhecido: a imensa maioria das pessoas acha as ideias do físico alemão tão geniais quanto impenetráveis, o que as faz desistir de entendê-las antes mesmo de tentar.
Nem podemos dizer que se trata de um temor infundado. Se alguém chega para você e diz, de sopetão, que o tempo e o espaço são flexíveis, matéria e energia são a mesma coisa, e eventos que são simultâneos para uma pessoa não serão simultâneos para outra, a reação mais comum é jogar tudo para o alto e correr em desespero, diante de um mundo que claramente não é mais o que costumava ser. Natural. Foi exatamente desse modo, por sinal, que boa parte dos físicos reagiu no início do século 20, quando Einstein começou a dizer essas coisas todas. Tudo parecia tão maluco que a Academia Real de Ciências da Suécia nem teve coragem de premiá-lo com o Nobel pela teoria da relatividade – de onde nasceram todas essas ideias –, e sim por algo mais trivial, e menos sujeito a controvérsias: sua explicação de um fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico, em que a incidência de luz sobre uma placa metálica leva ao surgimento de uma corrente elétrica. (Não subestime o tamanho dessa realização, contudo: ela foi o primeiro grande trabalho baseado na física quântica, que produziria uma revolução tão grande quanto a relatividade – senão maior).
Pense no paradoxo dos gêmeos, a ideia de que um dos irmãos viajando pelo espaço em altíssima velocidade envelhece muito mais devagar do que o outro que ficou na Terra. Cabe lembrar que, para chegar à conclusão de que isso de fato acontece, Einstein precisou apenas de duas premissas básicas, ambas de uma simplicidade ímpar. A primeira soa como um truísmo, uma verdade em si mesma: as leis da física produzem resultados iguais para quaisquer observadores em condições equiparáveis de movimento, ou seja, sem aceleração relativa entre si.
Dá para acreditar nisso sem grandes questionamentos, não? A segunda é menos óbvia, mas nem por isso menos elementar: a luz no vácuo, para qualquer observador, ou seja, em qualquer referencial, viaja sempre à mesma velocidade, independentemente de onde parte ou aonde chega. Enfim, ela é invariante. Se você correr com seu carro atrás de uma Ferrari, não vai alcançá-la. Mas vai observar o carrinho vermelho se afastando de você a uma velocidade menor. Com a luz isso não acontece. Pegue uma Ferrari, ou um jato, ou a nave espacial mais veloz que um dia será construída. Não acontece nada. O raio de luz continua se afastando com a mesma velocidade aparente, como se “fugisse” de você. Em outras palavras, a velocidade relativa de uma Ferrari varia. Se ela estiver a 250 km/h e você, a 100 km/h, essa velocidade relativa entre vocês será de 150 km/h. Se você acelerar mais um pouco, diminui para 100 km/h. Com a luz não. A velocidade dela é de 1,08 bilhão de km/h . Acelere a 1 bilhão de km/h, e o que acontece? A luz continua se afastando de você a exatamente 1,08 bilhão de km/h. Igual quando você está parado. Em outras palavras, a velocidade da luz é absoluta. Não varia nunca. (Não por acaso, Einstein, de início, chamou sua criação de “teoria da invariância”, antes de adotar o termo “relatividade”.)
Pronto: com base nessas duas premissas, e mais nada, Einstein destrói o espaço e o tempo fixos e imutáveis concebidos por Isaac Newton e reformula nosso modo de enxergar a realidade. Como? Calma, estamos apenas na introdução. Vamos chegar lá.
O principal objetivo deste livro, por sinal, é mostrar que não há nada que impeça você de chegar às mesmas conclusões a que o grande físico alemão chegou, e então aceitá-las como naturais. Em essência, quero provar que ninguém precisa ser um Einstein para compreender as ideias de Einstein.
Por outro lado – e isso também é uma mensagem importante –, foi preciso haver um Einstein para dar à luz todas essas descobertas fascinantes.
Albert nasceu em Ulm, então parte do Império Alemão, em 14 de março de 1879, filho de Hermann Einstein com Pauline Koch. Aos 17 anos, para evitar o serviço militar, ele renunciou à cidadania alemã e foi admitido na Politécnica Federal Suíça em Zurique. Lá ele conheceria Mileva Marić, a única mulher dentre os estudantes de matemática e física. O romance entre os dois logo floresceu e Mileva teria influência importante em suas futuras ideias científicas.
Einstein formou-se em 1900, mas passou dois anos procurando trabalho, até finalmente conseguir uma vaga no escritório de patentes de Berna, como examinador-assistente. Trabalhando lá, em meio à papelada, encontrou tempo para desenvolver algumas de suas ideias mais geniais. Einstein rotineiramente usava o que ele chamou de gedankenexperimenten – “experimentos mentais”, em alemão. Eram testes que na realidade não teriam como ser executados, mas podiam acontecer dentro da mente, se o imaginador tivesse um sentido de abstração suficientemente aguçado.
Em 1905, com apenas 26 anos, Einstein teria seu grande surto criativo, com uma série de artigos científicos que confirmariam a existência dos átomos (nosso assunto do capítulo 1), explicariam o efeito fotoelétrico com base em uma descrição quântica da luz (iniciando assim uma revolução científica de primeira grandeza, da qual falaremos no capítulo 2), formulariam a teoria da relatividade restrita (redefinindo espaço e tempo, como veremos no capítulo 3) e descreveriam a equação mais famosa da ciência: E=mc2 (em que energia e matéria se tornam faces da mesma moeda, como veremos no capítulo 4).
Tão incríveis e frenéticas foram essas realizações que 1905 ficou conhecido como o annus mirabilis – ano miraculoso – da física. Havia, contudo, muito mais a ser feito. O físico alemão sabia que a sua primeira versão da relatividade estava incompleta e precisava ser ainda desenvolvida, de modo a ser generalizada para todas as circunstâncias possíveis. Albert passou boa parte da década seguinte buscando essa resposta.
Em 1909, Einstein se tornou professor da Universidade de Zurique e, em 1914, retornou à Alemanha, onde se tornaria diretor do Instituto Kaiser Wilhelm para Física e professor da Universidade Humboldt de Berlim. Foi lá que o físico concluiu a teoria da relatividade geral – sua obra-prima científica. Publicada em 1916, é ela que permite a Einstein suplantar Isaac Newton, ao criar uma nova e mais sofisticada teoria da gravitação – assunto que abordaremos no capítulo 5.
Em seguida, no capítulo 6, exploraremos algumas das consequências tecnológicas das ideias de Einstein – e elas vão mais longe do que se costuma pensar.
Daí em diante libertaremos todo o poder exploratório da relatividade, que nos permite compreender a origem e a evolução do Universo (capítulo 7), seu potencial destino (capítulo 8), a bizarra natureza dos buracos negros (capítulo 9), os fenômenos das lentes gravitacionais (capítulo 10) e o fato de que o próprio tecido do espaço-tempo pode ser chacoalhado pela gravidade, nas agora famosas e recentemente confirmadas ondas gravitacionais (capítulo 11).
Também é verdade que os escritores de ficção científica devem tanto a Einstein quanto os próprios físicos, pois a relatividade geral permite, ao menos em teoria, coisas realmente incríveis, a começar por viagens no tempo (capítulo 13).
Mais adiante, explicamos os aspectos mais surpreendentes da mecânica quântica explorados por Einstein, como a previsão de que haveria um novo estado da matéria a temperaturas muito baixas, o condensado de Bose-Einstein (capítulo 14), e a de que partículas poderiam de alguma forma se comunicar instantaneamente a distância, no fenômeno conhecido como emaranhamento (capítulo 15) – algo que parecia loucura completa até ser demonstrado experimentalmente. E hoje é graças a isso que pesquisadores no mundo inteiro realizam testes de teletransporte quântico.
Por fim, terminamos, no capítulo 16, onde Einstein também parou, com uma busca incessante de três décadas por uma teoria capaz de costurar a relatividade e a mecânica quântica. A maior parte desse esforço se deu nos Estados Unidos, onde Einstein se exilou em 1933, depois que Adolf Hitler chegou ao poder na Alemanha. O físico tornou-se pesquisador do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton, onde permaneceria até sua morte, em 18 de abril de 1955. E até hoje os físicos seguem se debatendo para tentar realizar o sonho dele e construir essa “teoria final”, que potencialmente explicaria de forma segura o que levou ao surgimento do Universo e o que existe no interior dos buracos negros.
