O ano de 1905 é muitas vezes mencionado como milagroso na vida de Albert Einstein. Com apenas 26 anos, ele publicou, durante esse ano, quatro artigos que revolucionaram o desenvolvimento da física moderna. Em um deles, Einstein trata do chamado movimento browniano, a agitação que é observada quando pequenas partículas são postas em suspensão em um líquido. O efeito foi descoberto em 1827 pelo botânico inglês Robert Brown, enquanto observava grãos de pólen flutuando sobre gotas d'água. Einstein mostrou que o movimento em forma de ziguezague das partículas microscópicas (no caso de Brown, o pólen) é causado por colisões com as moléculas do líquido. Esse artigo abriu o caminho para a aceitação da existência dos átomos, que, até então, permanecia disputada por vários físicos e filósofos.
Dois dos artigos publicados por Einstein em 1905 tratam da teoria da relatividade especial, onde ele mostrou que medidas do comprimento de objetos e de intervalos de tempo são diferentes para observadores em movimento relativo. Isso porque a velocidade da luz é finita, mesmo que bastante alta (300.000 km/s), e idêntica para todos os observadores.
Mas hoje gostaria de me concentrar no quarto (na verdade o primeiro a ser publicado) dos famosos artigos, no qual Einstein avançou a hipótese de que a luz, ou melhor, a radiação eletromagnética, pode ser interpretada como sendo tanto composta por partículas como por ondas, propagando-se pelo espaço. Vale a pena lembrar que a luz visível é apenas uma pequena porção do vasto espectro da radiação eletromagnética. Ele vai das ondas de rádio, de baixa frequência e longo comprimento de onda, até os raios gama, de altíssima frequência e pequeno comprimento de onda, passando por radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta e raios X.
No artigo, Einstein propõe uma explicação revolucionária para o chamado efeito fotoelétrico, descoberto pelo alemão Heinrich Hertz (o mesmo que descobriu as ondas de rádio) em 1887. Imagine uma placa metálica eletricamente neutra. É possível eletrificar a placa, isto é, dar-lhe uma carga elétrica positiva, se a irradiarmos com certos tipos de radiação eletromagnética. Mas o efeito só ocorre se a radiação tiver frequência relativamente alta, do ultravioleta em diante. Se iluminarmos a placa com luz amarela, nada irá acontecer: sua carga seguirá neutra. E de nada adiantará aumentar a intensidade da luz. Mesmo com uma fonte de luz amarela extremamente intensa, a placa continuará neutra. As tentativas iniciais de explicar o efeito a partir da teoria ondulatória da luz falharam. A descoberta de Hertz criou um impasse na física. Einstein, em um ato de extrema coragem intelectual, supôs que a radiação eletromagnética fosse formada por pequenas balas de radiação, que ganharam o nome de fótons. Einstein propôs que a energia de um fóton fosse proporcional à sua frequência -quanto maior a frequência de um fóton, maior a sua energia. Portanto, um fóton de radiação ultravioleta tem energia maior do que um fóton de radiação correspondente a algum tom da cor amarela.
Essa simples relação explica por que a luz ultravioleta, e não a amarela, pode eletrificar a placa metálica. A placa é feita de átomos, que têm elétrons girando em torno do núcleo, em órbitas diversas. Esses elétrons, com carga negativa, são atraídos eletricamente pelo núcleo, que tem carga positiva. Imagine um fóton como um pequeno projétil que se chocaria com o elétron mais externo do átomo: se o fóton tiver energia suficiente, ele será capaz de arrancar o elétron do átomo, sobrepondo a atração entre o elétron e o núcleo atômico. Com isso, o átomo fica com um déficit de uma carga negativa (o elétron perdido), o que equivale a ganhar uma carga positiva.
Em 1914, o americano Robert Millikan, muito a contragosto, confirmou a expressão proposta por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico. Diferentemente do que muitos pensam, Einstein ganhou o prêmio Nobel em 1921 pela sua explicação do efeito fotoelétrico e não pela teoria da relatividade. A natureza física da luz continuou a assombrar (e a inspirar) o gênio pelo resto de sua carreira. O que significa algo ser tanto partícula quanto onda? Por que a velocidade da luz é a mais alta possível? Para ele, esses mistérios deveriam ser explicados por teorias mais fundamentais da física. A procura por elas continua.
Nenhum comentário:
Postar um comentário