90 anos do Nobel de Einstein

Em geral, físicos não são muito pop, mas se tem um que todo mundo conhece é o Albert Einstein (neste momento aposto que veio na sua cabeça uma imagem de um velhinho descabelado e com a língua pra fora). Ele é considerado um dos maiores gênios da ciência por inúmeras contribuições, sendo a Teoria da Relatividade (e seus buracos negros) a mais conhecida.

No dia 9 de novembro fez 90 anos que Einstein ganhou o famoso prêmio Nobel, que diferente do que as pessoas imaginam, não foi pela Teoria da Relatividade, mas sim pelo Efeito Fotoelétrico. Em honra desta data foi apresentada uma coleção de fotos sobre a vida de Einstein. As imagens são do Bettmann Archive e você pode ver algumas postadas no Wired Science.

17 Jan 1931 – Albert Einsten no Caltech

Na época em que Einstein formulou a Teoria da Relatividade ela sofreu uma série de críticas por romper com uma forma de pensar e colocar uma maneira nova de entender a gravidade, uma velha conhecida desde Newton. Por outro lado, a Mecânica Quântica estava surgindo e da mesma maneira rompia com antigos paradigmas. Apesar de Einstein ter tido certo resistência em aceitar a quântica, pode-se dizer que ele teve um papel crucial no seu desenvolvimento com o Efeito Fotoelétrico.

Este efeito foi observado inicialmente por A. E. Becquerel em 1839 e confirmado por Henrich Hertz em 1887 e consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica ao ser atingida por radiação eletromagnética (como a luz) em uma determinada frequência. O problema é que naquela época, a teoria ondulatória da luz de J. C. Maxwell era uma das teorias da física mais bem estabelecidas, porém ela não conseguia explicar este comportamento. 

Os experimentos observam as seguintes características:

  1. Para um certo material e uma certa frequência da luz, o número de elétrons que eram emitidos eram proporcionais à intensidade da luz;
  2. Para um certo material e uma certa intensidade, existia uma frequência mínima para ocorrer a emissão de elétrons (abaixo de um determinado valor não era observado o efeito fotoelétrico);
  3. A energia cinética (que é proporcional à velocidade) dos elétrons emitidos não dependia da intensidade da luz;
  4. Não é detectado experimentalmente o intervalo de tempo entre a a incidência da luz e a emissão dos elétrons;

Segundo a teoria ondulatória da luz, temos a seguinte visão do fenômeno: a onda eletromagnética (luz) incide no metal e “bate” nos elétrons fazendo com que eles oscilem e sejam “jogados” pra fora do material após um certo tempo e isso deveria depender da intensidade da onda eletromagnética, pois uma onda mais energética deveria fazer os elétrons oscilarem mais. Ou seja, deste ponto de vista, os pontos 2, 3 e 4 não podem ser explicados.

Mas em 1901, Planck havia resolvido o problema da radiação de um corpo negro (também conhecido como ‘catástrofe do ultravioleta’) propondo que a energia das oscilações dentro da cavidade eram quantizadas, dando início à Mecânica Quântica. Em 1905, Einstein trabalhou em cima desta ideia e propôs uma solução semelhante para explicar o efeito fotoelétrico, isto é, que a luz era quantizada. Ou seja, haviam quanta (plural de quantum) de luz. Desta forma, ele conseguiu descrever com sucesso os fenômenos observados nos experimentos do Efeito Fotoelétrico. Hoje sabemos que a luz possui um comportamento tanto de onda como de partícula (que denominamos de fóton), o que é conhecido como dualidade onda-partícula.

O início da Mecânica Quântica foi bastante controverso pois, propôs uma descrição da natureza completamente diferente da que foi feita por tantos séculos. Apesar de ser contra intuitiva e de difícil entendimento, hoje é uma teoria muito bem estabelecida. Temos inúmeras comprovações experimentais e aplicações no nosso dia-a-dia. Desta forma, Einstein não só ajudou a entender a física do muito grande com sua Teoria da Relatividade, como também a física do muito pequeno, sendo o entendimento do Efeito Fotoelétrico uma das suas principais contribuições.

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