Introdução
O princípio da
mecânica relativista foi surgindo ao longo da história da filosofia e da
ciência como consequência da compreensão progressiva de que dois referenciais
diferentes oferecem visões perfeitamente plausíveis, ainda que diferentes, de
um mesmo efeito.
O princípio da
relatividade foi inserido na ciência moderna por Galileu e afirma que o
movimento, ou pelo menos o movimento retilíneo uniforme, só tem algum
significado quando comparado com algum outro ponto de referência. Segundo o
princípio da relatividade de Galileu, não existe sistema de referência absoluto
pelo qual todos os outros movimentos possam ser medidos. Galileu referia-se à
posição relativa do Sol (ou sistema solar) com as estrelas de fundo. Com isso,
elaborou um conjunto de transformações chamadas 'transformadas de Galileu',
compostas de cinco leis, para sintetizar as leis do movimento quanto a mudanças
de referenciais. Mas naquele tempo acreditava-se que a propagação
eletromagnética, ou seja, a luz, fosse instantânea; e, portanto, Galileu e
mesmo Newton não consideravam em seus cálculos que os acontecimentos observados
fossem dissociados dos fatos. Esse fenômeno que separava a luz do som, aqui na
Terra, seria mais acentuado quando observado a grandes distâncias, e já
mostrava, em fins do século XIX, a importância de estabelecer normas aplicáveis
a uma teoria do tempo.
Muitos historiadores
e físicos atribuem a criação da famosa fórmula que explica a relação entre
massa e energia ao físico italiano Olinto De Pretto, que, segundo especulações,
desenvolveu a fórmula dois anos antes que Albert Einstein, e que teria previsto
o seu uso para fins bélicos e catastróficos, como o desenvolvimento de bombas
atômicas. Apesar disso, foi Einstein o primeiro a dar corpo à teoria, juntando
os diversos fatos até então desconexos e os interpretando corretamente.
As leis que governam
as mudanças de estado em quaisquer sistemas físicos tomam a mesma forma em
quaisquer sistemas de coordenadas inerciais.
Nas palavras
de Einstein:
"...existem
sistemas cartesianos de coordenadas - os chamados sistemas de inércia -
relativamente aos quais as leis da mecânica (mais geralmente as leis da física)
se apresentam com a forma mais simples. Podemos assim admitir a validade da
seguinte proposição: se K é um sistema de inércia, qualquer outro sistema K' em
movimento de translação uniforme relativamente a K, é também um sistema de
inércia."
“A radiação eletromagnética é constituída de
‘quanta’ de luz (“pacotes” de energia) de E=hf na colisão pontual entre o
‘quanta’ de luz e o elétron, o ‘quanta’ de luz (fóton) transfere todo o seu
momento linear e sua energia para o elétron.”
Primeiramente, antes de esclarecer como
Albert Einstein chegou a este postulado acima citado, quais equações
matemáticas obteve, como influenciou na explicação de alguns efeitos quânticos
observados, como foi “aceito” seu postulado pela comunidade científica da
época; devemos falar da evolução do conceito de luz que antes de 1905 (ano da
explicação do que era luz) de como o homem intuitivamente concebia este
conceito.
Antes de começar a explicação, gostaria de
esclarecer que luz é radiação eletromagnética, logo se me referir a um dos dois
termos estou falando do outro e vice-versa.
Conteúdo
Tudo começou na Grécia Antiga com as teorias atômicas dos gregos
antigos como Demócrito que acreditava que a luz era formada por átomos
(partícula até então hipotética e considerada indivisível) e era um “fluxo”
contínuo de átomos, logo podemos classificar sua teoria como corpuscular, logo
mais explicarei o que quero dizer com teoria corpuscular. Séculos se passaram e
surgiram duas correntes de físicos que tentavam explicar o que era luz, ambos
os lados defendiam duas teorias “distintas”: a Corpuscular e a Ondulatória.
Em meados do século XVII surge um dos grandes expoentes da teoria
corpuscular chamado Renné Descartes, cuja teoria baseava-se em que: “a luz é
uma ‘pressão’ exercida por minúsculas ‘partículas’ do ‘éter luminífero’, que
tendem a se deslocar em linha reta e a girar sobre si mesma”. Descartes deu até
então a explicação mais científica e satisfatória sobre o que era luz até
então. A teoria de Descartes vigorou como explicação mais adequada sobre
radiação eletromagnética também muito devido ao seu prestígio dentre os
cientistas da época.
Contudo, em meados do século XVIII surge mais um expoente de teoria
corpuscular que merece destaque, mas antes de falar sobre as teorias de Isaac
Newton sobre luz, gostaria de explicar o que é ‘éter luminífero’ ao qual me
referi anteriormente, o ‘éter luminífero’ seria um fluido no qual a radiação eletromagnética
se propagava no espaço sideral, era um meio material que ficava entre os corpos
celestes do espaço, não se concebia algo se propagar no vácuo (sem meio
material).
Voltando ao assunto e falando de mais um expoente da teoria
corpuscular, falamos então de Isaac Newton dizia que: “a luz visível era
formada de por cores mais primitivas e cada cor tinha associado a ela
corpúsculos que se propagavam como ‘projéteis’ e possuem uma determinada
velocidade diferente umas das outras”. Porém, Newton não agradou os defensores
da teoria ondulatória com sua explicação sobre o que era luz e sofreu duras
críticas de Huygens, Hooke, dentre outros cientistas renomados, fazendo Newton
a rever suas teorias e reescrevê-la.
Ao passar dos anos os defensores da Teoria Ondulatória não ficaram
“parados” vendo Newton e demais aprimorando suas teorias apenas, os teóricos da
teoria ondulatória foram descobrindo propriedades da luz e alguns fenômenos
relacionados, por exemplo, esses fenômenos foram a reflexão, refração,
polarização, difração descoberta por Grimaldi que é basicamente a luz
atravessar fendas muito pequenas e sua frente de onda ficar mais “curva”, a
interferência foi um outro fenômeno descoberto pelos físicos defensores da
teoria ondulatória, e Fresnel dá uma explicação quantitativa sobre a
interferência e a difração, não podemos esquecer da contribuição de Foucault
que provou experimentalmente que a luz propaga-se mais rapidamente no ar que na
água, logo a água é um meio mais refringente que o ar.
Após, todas essas contribuições para o entendimento sobre o que é luz,
a teoria corpuscular perdia força, porém Isaac Newton lançou sua última teoria
a respeito da luz a “Teoria dos Acessos” , acessos de fácil “reflexão e
refração”, conseguindo explicar a reflexão, refração e polarização da luz.
Porém a interferência e a difração Newton não conseguiu explicar e sua última
teoria corpuscular não pode ser vista apenas como puramente corpuscular, pois
apresentava algum caráter ondulatório.
Porém, com toda essa “confusão” sobre a natureza da luz, em 1861 pelas
equações de Maxwell ficou demonstrado teoricamente que a luz é uma onda
eletromagnética e Heinrich Hertz em 1887 comprovou experimentalmente com seus
osciladores e, com estes, produziu radiações eletromagnéticas, o dispositivo
era formado por duas esferas metálicas, cada uma portando uma haste, tendo em
suas extremidades uma esfera metálica, onde ambas as hastes estavam ligadas por
uma bobina. Quando Hertz gerava uma corrente elétrica com um circuito elétrico
oscilante, observou que produzia faíscas, estas (faíscas) que deveriam produzir
luz. Comprovando assim as equações de Maxwell.
As equações de Maxwell e a experiência de H. Hertz deram uma
importantíssima contribuição para a teoria ondulatória confirmando o que
ela(teoria) afirmava, apesar de todos esses acontecimentos não havia um
consenso entre os físicos sobre o que era luz, entretanto em 1905 Albert
Einstein resolveu um problema que perdurava por mais de 2000 anos, dizendo que
a “radiação eletromagnética é constituída de ‘quanta de luz’(fóton) e na colisão
do ‘quanta’ de luz e o elétron, todo o momento linear e a energia do ‘quanta’
de luz é totalmente absorvido pelo elétron.”
Albert Einstein queria dizer que a luz não é um fluxo contínuo de
partículas, mas sim mostrar que a matéria em nível subatômico apresenta caráter
descontínuo e observou que as equações de Maxwell não são aplicáveis a nível
discreto de energia.
Ele (Einstein) foi além de postular sobre a luz, ele também afirmou que
a radiação eletromagnética propaga-se no vácuo e não no ‘éter” como havia se
pensado, dizendo que o “éter” não existia. Com certeza a ideia mais
revolucionária da física até então, sua visão futurista rompendo com o
classicismo da Física Clássica.
Einstein com seu postulado trouxe a “tona” a ideia de que a luz era
formada de corpúsculos retomando a teoria corpuscular, já que apenas um
‘quanta’ de luz é absorvido por apenas um elétron, mostrando que a teoria
ondulatória estava incompleta, mas pelas as ideias de Einstein a luz continua
sendo uma onda eletromagnética formada por ‘quanta’ de luz mais tarde chamado
de fóton pela comunidade científica, o fóton foi uma partícula idealizada por
Max Planck que não possui dimensão, é um “pacote” de energia e possui energia
quantizada pela equação de Planck E=hf.
Voltando ao assunto anterior eu já havia dito que a luz é uma onda
pelas equações de Maxwell e confirmado pelo experimento de H. Hertz, mas não
deixava de ser uma partícula pelo Postulado de Einstein, daí surge uma nova
pergunta como um “conjunto” de fótons pode se propagar como onda? Albert
Einstein não explicou isso, surge também uma nova questão em que entendeu-se
que a luz possui caráter dual: o de onda e partícula, ambos mutuamente
excludentes, pois quando a luz é onda, não é partícula e vice-versa, há quem vá
mais além e questione sobre a possibilidade de a luz estar em dimensões
superiores as 3 físicas e por isso a nossa dificuldade em entender o que de
fato é luz.
A comunidade científica da época recebeu de diversas maneiras a ideia
do Postulado de Einstein, por exemplo, Nernst apoiou e disse que suas ideias
eram importantes para discussões futuras; Louis de Broglie “disse” que não
duvidava muito da existência dos “quanta de luz” (fótons); Bohr não acreditava
na existência do fóton, muito menos Millikan. De fato a comunidade científica
ficou dividida, mas todos são unânimes quanto a sua interpretação sobre o que
era luz e afirmam que foi uma ideia revolucionária e que “reformula” a ideia
que se tinha sobre luz.
A academia de ciência da Suécia, a qual dá o Prêmio Nobel aos físicos,
químicos, matemáticos, dentre outros que se destacaram mais naquele ano foi tão
conservadora a respeito do Postulado de Einstein que concedeu-lhe o prêmio mais
de dez anos após a explicação de um fenômeno quântico dada também em 1905, mas
não concedeu-lhe o Nobel em função dele (Einstein) ter explicado o que era luz.
Referência
Sites:
Postulado de
Einstein e o quantum de radiação eletromagnética.
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAABX4wAF/postulado-einstein-sobre-quantum-radiacao-eletromagnetica> Acessado em 03 de Novembro de 2014.
Teoria da
relatividade.
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