Guerra, Bomba atômica e E=mc²

Durante a década de 30, Einstein pensou e debateu muito sobre a teoria quântica.
Mas sua vida muda com sua esposa, Elsa, faleceu.

Do outro lado do oceano, as coisas também se complicavam: com perseguição ferrenha aos judeus, a segunda grande guerra mundial dera início.

Einstein ajudou muitas pessoas a saírem das zonas de guerra e perseguição, inclusive tirando dinheiro do próprio bolso e tentando obter documentos legais para os imigrantes viverem nos Estados Unidos.
Sua irmã, por exemplo, a Maja, foi morar com ele em 1939.

Ele até cogitava um planeta como uma nação única, sem fronteiras, queria ver todos os países sumindo, acabando as divisões.

Isso despertou a curiosidade do FBI, que passou a espiar a vida do gênio.

E = mc²

O que acontece se você pisa no acelerado do carro?
Ele aumenta a velocidade, não é?
Pra aumentar mais, vai precisar de um motor melhor.

Como carros são grandes e pesados, eles são bem limitados de velocidade, seria necessário uma energia muito grande para fazê-los andar em velocidades bem altas.

Mas um partícula é leve, com menos energia você eleva ela a velocidades altíssimas.
Porém, nunca você vai conseguir fazer com que ela atinja a velocidade da luz.

Você pode pegar toda a energia existente no universo e colocar pra acelerar a partícula, mas ela não vai passar da velocidade c, foi Einstein que comprovou isso.

Ele notou uma coisa curiosa: a medida que você vai acelerando a partícula, parte da energia vai para o movimento e parte da energia vira...massa. Sim, energia vira massa.

Ou seja, sua massa fica maior quando você está em movimento.

O motivo de você não poder colocar uma partícula bem levinha na velocidade da luz, é que quanto mais você se aproxima de c, mais pesada fica a partícula e mais energia precisa pra empurrar ela mais um pouco.

Essa relação de energia e massa ficou eternizada na fórmula mais conhecida de todos os tempos:
E = mc²

É como se toda massa tivesse uma quantidade de energia dentro dela.
A matéria tem energia dentro.
E energia é a matéria em liberdade, digamos assim.

Bomba atômica

c é um número bem alto, elevado ao quadrado então, gigantesco.
Isso quer dizer que mesmo um pequeno átomo, tem energia enorme guardada dentro dele.

Einstein achava que se pudéssemos fragmentar um átomo pra fazer ele bater em outros, com extrema velocidade, outros átomos iam explodir, que iam explodir outros e assim sucessivamente, soltando quantidades de energias gigantescas, em cadeia.

Essa é a lógica da bomba atômica.

Muitos dizem que ele inventou a bomba atômica, é mentira.
Ele deus os primeiros passos na pesquisa das reações em cadeia, mas jamais imaginou que suas ideias fossem usadas para guerra. Ele odiava guerra. Triste ironia.

Ele foi veementemente contra o uso de bombas atômicas, e o boato que rolava na época da 2ª guerra, era que os alemães estavam querendo construir uma bomba dessas.

Einstein chegou inclusive a escrever uma carta para o presidente dos Estados Unidos, o Roosevelt, alertando sobre a possibilidade da Alemanha estar construindo essa bomba.

Por fim, descobriram que a Alemanha não tinha nada de bomba atômica.
Então Albert correu pra mandar outra carta pro Roosevelt cancelar as pesquisas relacionadas a bomba atômica, mas era tarde demais, o presidente tinha morrido.

E por ironia do destino, os americanos usaram a bomba no Japão.
Embora tenha destruído completamente duas cidades, ela culminou no fim da guerra, poucos dias depois.

Einstein se mobilizou muito para que uma nova ameaça de guerra e de bomba nunca mais acontecessem.

Mas não adiantou muito, as pesquisas continuaram e estavam criando bombas cada vez mais poderosas, para o desgosto de Albert.

Pra piorar, nessa época, Mileva e sua irmã Maja morreram.
Sua saúde, especificamente seu estômago, também estava tendo problemas.

A quarta dimensão e O espaço-tempo

No capítulo anterior, falamos sobre um matemático chamado Hermann Minkowski, que aprofundou a teoria da relatividade de Einstein, e introduziu conceitos e equações novas, que até assustaram Albert no começo.

Mas com o tempo, ele foi dando o braço a torcer e começou a achar as novas ideias interessantíssimas e agregadoras.

Mas antes, vamos recapitular:
Aí, na sua casa, você pode ir pra frente ou pra trás, pra esquerda ou pra direta, e pode pular ou se abaixar.

Ou seja: você tem 3 dimensões pra se mover: altura, largura e comprimento.

A grande sacada de Minkowski, foi notar que o tempo era uma espécie de dimensão também, a quarta dimensão. Juntando a dimensão do tempo e as três dimensões que conhecemos, tem o chamado espaço-tempo.

Pode parecer bobagem, mas unindo essas dimensões, as teorias de Einstein ficavam cada mais poderosas, explicando cada vez mais fenômenos e com uma precisão cirúrgica.

Através do conceito de espaço-tempo, foi possível até entender o motivo de um objeto encurtar quando está se movendo com determinada velocidade, as coisas começaram a fazer sentido para os físicos e matemáticos.

Agora, tudo estava interligado: espaço e tempo, eram uma espécie de tecido único.
Minkowski notou que quando podemos explicar aquelas mudanças de tempo (tempo passar mais devagar) através de movimentos no espaço-tempo.

Ou seja: espaço e tempo estão alta e absurdamente relacionados.
É importante repetir isso, pois durante toda a história da humanidade, anterior à Einstein, eles eram visto como entidades totalmente distintas e independentes.

Albert Einstein publica seus primeiros trabalhos

Einstein publica seus trabalhos

Em 1905, Albert Einstein publicou uma série de de artigos acadêmicos que simplesmente chacoalharam o mundo.

Outra coisa que fez as pessoas ficarem de queixo caído, foi devido ao fato dele ser um funcionário público, do Serviço de Patentes.

Hora, quem seria um gênio, na sociedade? Pessoas da universidade, professores, pesquisadores...muitíssimo provavelmente, não acha? Mas Albert não, era um cara 'comum'.

Muitos até endereçaram cartas para a universidade local, achando que chegariam no verdadeiro autor da teoria da relatividade especial e outros trabalhos.

Algumas reações foram bem negativas, com bastante crítica, alguns disseram ser modernismo demais, loucura e até acharam que ele queria só chamar atenção.

Muitos entenderam a genialidade por trás daqueles trabalhos, mas a maioria ficou mesmo é confusa.
Veja, pessoas do meio acadêmico, até hoje, se sentem confusas ao estudar as ideias de Albert Einstein, ou seja, você não deve ficar triste caso fique confuso também.

Lembre-se: o próprio Einstein passou cerca de 10 anos só divagando e pensando na relatividade, não entendeu de uma hora pra outra.

Einstein publicou seus trabalho numa revista chamada Anais da Física, onde o responsável por publicar foi outro gênio: Max Planck, que acabou virando um grande divulgador da teoria da relatividade.

Uma curiosidade do trabalho publicado, é que tinha um agradecimento especial a um colega do Serviço de Patentes, que discutia as ideias com Einstein, no caminho de volta pra casa, antes de chegarem em casa...eles deviam andar bem sem pressa, pois a Mileva não gostava muito desse amigo do Albert.

Einstein fica famoso

De um modo geral, a recepção de seus trabalhos foram ótimas, passou a ser muito conhecido e debatido, muito embora fosse levar mais de duas décadas até alguma comprovação empírica de suas ideias, daí notamos o quão avançada era a mente de Einstein para a época.

Para a ciência, esses experimentos comprovatórios são essenciais.
Mas Albert nunca ligou muito, para ele já valia as coisas funcionarem e fazerem sentido em sua cabeça, era o suficiente.

Até mesmo a matemática que Albert utilizava era super hiper mega simples, nada de equações macabras e ideias que só acadêmicos entendem. No capítulo anterior até utilizamos um pouco, foi basicamente um teorema de Pitágoras.

Outro fato curioso, é que ele começou a citar bastante Deus em conversas, cartas e entrevistas.
Mas não era o Deus religioso, o Deus bíblico que se importa se você fala palavrão ou não.

Deus para ele era o universo, seus mistérios, era a própria natureza, e não um senhor barbudo de bengala que fica punindo e fazendo milagres na vida das pessoas.

Deus para ele era aquilo que fazia o universo simples, tangível e entendível. Deus pra ele residia em coisas como E=mc², de tão bela e simples que é.

Muitos consideram o ano de 1905 o melhor da história da ciência, de uma tacada só Einstein falou de relatividade, tempo, átomos, espaço e luz.

Acadêmico Einstein

Lembrem-se que ele se formou sem grandes estardalhaços, como um razoavelmente bom aluno, nada demais e nada de menos.

Decidiu então submeter seus trabalhos para a Universidade de Zurique.
Eles rejeitaram o tão famigerado trabalho da Teoria da Relatividade, mas um que provava de várias maneiras o tamanho do átomo, confirmando então que eles de fato existiam, através de vários métodos, foi aceito e Einstein virou doutor.

Agora com seu título em mãos, decidiu se tornar professor universitário.
Ele foi inicialmente aceito na Universidade de Berna, mas suas aulas não fizeram muito sucesso, praticamente só a esposa e uns amigos que iam assisti-lo.

Mas Einstein estava feliz, mesmo sendo professor apenas em período parcial, tinha uma estabilidade financeira maior, e agora poderia se dedicar mais aos seus trabalhos.

Porém, ele ficou um pouco desgostoso quando começaram a aprofundar muito sua relatividade com a matemática, chegou a dizer até que havia deixado de entender, devida a complexidade matemática que estavam aplicando nela.

Aliás, um camarada chamado Minkowski, que tinha sido professor de Einstein (e que achava Albert um vagabundo que nunca deu bola pra matemática), começou a falar até em novas dimensões.

O tempo, a luz e o movimento

Burlando a relatividade

Imagine que você está a 50km/h em um ônibus, e lança uma bola a 10km/h, pra frente, no mesmo sentindo do ônibus.

Para quem está la fora vendo, está bola está se movendo a : 50 + 10 = 60km/h
Se jogar pra trás a bola, alguém de fora vai ver ela com velocidade: 50 - 10 = 40km/h

Vamos supor que você esteja a 100km/h num ônibus (eita, que louco).
E lança um feixe de luz pra frente.

A velocidade, portanto, da luz nesse, será: c + 100, onde c é a velocidade da luz, correto?

Agora vamos imaginar o que Einstein imaginou:
vamos supor que o ônibus esteja viajando na velocidade c da luz.

Lembre-se que você só consegue ver algo porque a luz saiu desse objeto e foi pro seu olho.
Você só lê esse e-book/site pois sai luz do computador/celular para seus olhos. Você só lê um livro porque a luz bate nele e volta nos olhos.

Ora, se o ônibus está indo pra frente com velocidade c e você olha pra trás, o que vê?
A luz que sai do fim do ônibus vem até você com velocidade c, mas você ta indo pra frente com velocidade c, logo, a luz não te alcança e você simplesmente não consegue enxergar o fundo do ônibus.

Isso quebra o princípio da relatividade, pois se você não vê o fundo, você pode deduzir que está em movimento.

Mas você está em movimento constante, não era pra ser possível saber se estava parado ou em movimento.

Se o princípio está correto, você deve ver o final do ônibus do mesmo jeito que se tivesse parado.
Ou seja: a velocidade da luz tem que se movimentar a uma velocidade c em relação a você.

A bendita luz

Einstein então notou que a luz é algo muito, muito, mas muito especial e diferente meeeeeesmo.

Se você chuta uma bola a 100km/h e corre atrás dela a 10km/h, a velocidade dela relativa a você é: 100 - 10 = 90 km/h

Porém, se você lança uma luz na velocidade c e corre atrás dela a velocidade 10 km, a luz não se distancia a velocidade de : c - 10, ela vai se distanciar a uma velocidade c de você, não importa o quão rápido você vá.

A velocidade da luz é constante. Trilhõõõõõões de experimentos foram feitos e constataram essa bizarrice da natureza. É contra intuitivo, eu sei, mas é a verdade, o universo funciona assim.

Einstein embarcou nessa ideia, que a velocidade da luz era constante, pra saber no que ia dar.

O tempo

Albert começou a suspeitar que o segredo estava no tempo, que ninguém ousava mexer ou retrucar: o tempo era absoluto.

Vamos colocar um espelho no chão e no teto do ônibus.
Agora, vamos apontar um laser pra baixo e disparar um feixe de luz.

Ela bate no chão, depois bate no teto, depois no chão, no teto...
Cada vez que ela bate, contamos uma unidade, ok?

Se o ônibus está parado, alguém la fora vai ver a luz fazer esse movimento:

Concorda?

Agora, se o ônibus começar a se mover, a luz vai fazer, para alguém de fora, este movimento:

Você concorda que o espaço que ela percorre agora é maior?
O zigue-zague é maior que a linha reta pra cima e pra baixo.
Agora, além de ir pra cima e pra baixo, a luz vai pra frente também.

Agora lembre-se que a velocidade da luz é constante, pra todo mundo, não importa a velocidade que você esteja.

O tempo que a luz vai levar no primeiro caso é menor que no segundo, pois no primeiro caso o espaço que ela percorre é menor, concorda?

Então, você que está dentro do ônibus, vê a luz atingindo o teto e o solo, 1 milhão de vezes, por exemplo, e calcula que isso leva um certo tempo.

Seu amigo, calcula quanto tempo demora pra ocorrer essas 1 milhão de batidas e vê que ela demora mais, afinal o trajeto que ela tá percorrendo, pra ele, é maior.

Ou seja, pra pessoa que está fora, o relógio funciona mais devagar. Ele demora mais pra bater no teto e voltar.
Mas, poxa...o relógio é o mesmo!!!!!

Se ao invés de uma luz, fosse uma bolinha quicando, a velocidade para você seria apenas uma: vertical, indo pra cima e pra baixo.

Já pro seu amigo, além dessa velocidade, tem a velocidade do ônibus, que tá indo pra frente, logo, pra ele, a velocidade está indo mais rápido. Ela percorre um caminho mais longo, porém ela tá mais rápida do que pra você, e aí tudo funciona bem.

Mas pra luz, não. Ela tem a mesma velocidade, seja pra você dentro do ônibus ou pro seu amigo fora do ônibus. Pra você, ele bate e volta 1 milhão de vezes num tempo.
Pro seu amigo, ela leva mais tempo, pois tá percorrendo o zigue-zague maior.

Repetindo: para seu amigo, o relógio de luz passa mais devagar.
Estranho, né?

Concluímos que tudo que está em movimento, ocorre num tempo mais devagar.

Então, se você pegar dois gêmeos e colocar um deles para viajar anos e anos num foguete, a velocidades altíssimas, o tempo para ele vai passar mais devagar que para você.

Quando ele voltar, vai estar mais jovem e você mais velho.

O mesmo acontece para quem está dentro do ônibus e do foguete: pra eles, tá tudo normal, a luz batendo e voltando no teto normal, o pessoal lá de fora que tá se movendo e quem tá dentro vê a galera de fora num tempo mais devagar.

Teorias de Einstein

Vamos recapitular tudo que Einstein aprendeu e deduziu:

• As leias da natureza são as mesmas pra todos, parados ou não (princípio da relatividade)
• Não podemos saber se estamos parado ou em movimento uniforme
• A velocidade da luz é a mesma, não importa a sua velocidade
• Tudo em movimento funciona devagar (o relógio de luz, sua mente, seu pensamento, a batida do seu coração...o tempo passa mais devagar)
• Quem está dentro de algo em movimento, tá vendo o lado de fora em movimento, também passando devagar

Entendendo a Relatividade

Neste ponto de nossa biografia de Albert Einstein, ele já tinha pensado e bolado muito coisa em sua cabeça curiosa e insistente.

Vamos entrar na cabeça de Albert e estudar o que ele estudou, ver o que ele viu e entender o que só ele entendeu na época.

O universo de Isaac Newton

Quando Albert começou a se indagar sobre a luz, sua velocidade e fazer experimentos imaginativos mirabolantes, a Física já era considerada como quase que toda explicada.

Muitas pessoas, principalmente Isaac Newton, já tinham descoberto:
Como os objetos se comportam no repouso e no movimento, a inércia
Ferramentas matemáticas sofisticadas, como Cálculo Integral e Diferencial
Faziam vários experimentos com a luz
A teoria da Gravitação Universal

A teoria da Gravitação falava sobre a atração que qualquer massa no universo atrai outra.
Isso explica muitas coisas, como o movimento de translação da terra ao redor do sol, as marés, fases da lua e conseguiram montar uma miniatura de nossa galáxia até que bem razoável e interessante.

Isso em uma época sem computadores e telescópios potentes, tudo resultado de muito pensamento e conta na ponta do lápis.

Toda massa, seja planeta ou uma maçã que caiu na cabeça dele, fazia parte da dança da teoria da gravitação, tudo atraia tudo e equações matemáticas forneceram um entendimento melhor de nosso universo.

Movimento e Repouso absoluto

Dois importantes conceitos eram o de movimento absoluto e o de repouso absoluto.
Eles são bem óbvios, concorda?

Se você está lendo sentado em casa, está em repouso absoluto.
Se está lendo no carro ou ônibus, está em movimento absoluto.
Simples?

Na verdade não é bem assim.

Você não está parado aí. A terra está girando ao redor dela mesma e nosso planeta gira ao redor do sol com uma velocidade altíssima, e este gira ao redor do centro de nossa galáxia.

Ou seja: você, mesmo parado aí, está se movimentando. Concorda?

Essas indagações sobre repouso e movimento absoluto, martelaram muito na cabeça de Einstein.
Pois ninguém tinha uma resposta única, simples e fácil, para explicar o conceito de absoluto, nem mesmo o que era, de fato, a gravidade.

A Teoria da Relatividade

A ideia por trás da teoria da relatividade é absurdamente simples: não existe movimento absoluto.
Só existe movimento relativo.

Olhe para o céu, localize o sol, ela vai estar em um local.
Volte, horas depois, e veja que ele está em outro local.
Ele se moveu, correto?

Ou o Sol ficou parado e a terra que se moveu?
Na verdade, o que acontece é os dois. Não dá pra saber quem está se movimentando.

Eu sou mais gordo que você ou você que é mais magro que eu?
A resposta é tanto faz.

Se o Sol está mudando de posição, a única coisa que podemos concluir é que ele se movimento em relação a gente.

Contrariando o senso comum, não dá pra saber se a Terra está parado e a Lua se movendo, ou se a Lua está parada e a Terra está se movendo. O que podemos afirmar somente é que uma está se movimentando relativamente ao outro(a). Todo movimento é desse tipo, relativo.

Imagine que você entrou num carro e seu colega num carro vizinho.
Vocês começam a acelerar igualmente, até ambos estarem com 100km/h.

Ora, quando você pro lado, ele está perfeitamente parado em relação a você. Nem vai pra trás, nem pra frente. Porém, para alguém na pista, você estão se movendo. E você também tem a nítida impressão que você está parado e as pessoas na pista que estão se movendo, passando por você. Ambos casos estão corretos.

Os carros se movimentam em relação aos pedestres, e os pedestres se movimentam em relação aos carros.

A Teoria da Relatividade veio pra mostrar que não existe movimento absoluto.
Você não pode dizer: isto está parado ou isto está em movimento.
É sempre: está parado em relação a isso...e está em movimento em relação aquilo.
É sempre relativo, o movimento.

Princípio da Relatividade
Para entender melhor como Albert foi um gênio, vamos mergulhar no que ele pensava.
Ele gostava de pensar como as coisas funcionavam em velocidades altas, perto da velocidade da luz, c.

Einstein usou um princípio bem fácil de entender e aceita, o princípio da relatividade:
As leis da natureza funcionam da mesma maneira, para coisas paradas ou em movimento retilíneo uniforme.

Ele também pode ser entendido assim:
Não dá pra fazer nenhuma medição para saber se está parado ou se movimentando uniformemente.

Vamos supor que você esteja em um ônibus, todo fechado, vem nenhum luz de fora.
Se esse ônibus não estiver acelerando nem freando, só em velocidade uniforme, é impossível provar que ele está parado ou em velocidade constante.

Se você jogar uma bola no chão, ela cai em linha reta, esteja o ônibus parado ou em velocidade constante. Não tem nenhum experimento que prove o contrário.

A gente só sabe que o ônibus está movimentando pois vemos carros, pessoas e árvores passando.
Pois bem, o ônibus poderia muito bem estar parado, e as pessoas, carros e árvores em movimento, passando por você. Não dá pra saber qual situação é qual.