Albert Einstein é famoso por elaborar sua teoria da relatividade, que revolucionou nossa compreensão do espaço, do tempo, da gravidade e do universo. A relatividade também nos mostrou que a matéria e a energia são apenas duas formas diferentes da mesma coisa — fato que Einstein expressou como E = mc 2, a equação mais amplamente reconhecida na história.
Mas a relatividade é apenas uma parte do legado prodigioso de Einstein. Ele era igualmente inventivo quando se tratava da física atômica, molecular e óptica. Hoje, podemos ver lembretes tecnológicos de seu gênio em quase todos os lados.
Aqui estão alguns dos produtos do dia-a-dia que mostram as contribuições de Einstein para a ciência além da relatividade.
Papel toalha
O crédito para inventar papel toalhas vai para Scott Paper Company da Pensilvânia, que introduziu o produto descartável em 1907 como uma alternativa mais higiênica para toalhas de pano. Mas no primeiro artigo de física que Einstein já publicou, ele analisou a mecha: o fenômeno que permite que os papeis toalhas absorvam líquidos mesmo quando a gravidade deseja arrastar o fluido para baixo.
Este processo é o que puxa cera quente em um pavio de vela. Mais formalmente conhecida como ação capilar, também é o que ajuda a água se elevar nas árvores e mantém a tinta fluindo na ponta de um pincel de quadro. O artigo de Einstein, publicado em 1901, foi uma tentativa de explicar como essa atração funcionou. Não foi uma tentativa muito boa, como ele mesmo admitiu mais tarde. Ele argumentou no momento em que as moléculas de água eram atraídas pelas moléculas nas paredes de um tubo através de uma força semelhante à gravidade, o que não é correto.
No entanto, esse primeiro artigo demonstrou que Einstein já estava adotando a noção de átomos e moléculas — algo controverso na época. Como esses minúsculos e hipotéticos fragmentos de matéria eram muito pequenos para ver ou medir, muitos físicos seniores alegavam que não podiam fazer parte de uma ciência rigorosa.
Einstein estava ao lado de físicos mais jovens e mais radicais que acreditavam que a ação capilar era apenas um dos muitos fenômenos que poderiam ser explicados pela forma como átomos e moléculas interagem. Nesse sentido, ele estava certo e, assim, ajudou a estabelecer as bases científicas para o papel toalha moderno.
Previsões do mercado de ações
As empresas comerciais de Wall Street contratam exércitos de matemáticos para analisar o refluxo diário e o fluxo de preços das ações usando as ferramentas mais sofisticadas a seu comando. Se esses wizzes de matemática podem surgir até mesmo uma pequena sugestão sobre a forma como os preços irão pular, seus empregadores farão bilhões.
No entanto, os mercados de ações seguem o que os matemáticos chamam de caminhada aleatória: a menos que ocorram alguns eventos espetaculares, os preços no final de um determinado dia são tão prováveis de terem diminuído como se tivessem aumentado. Se existem padrões que podem ser explorados, eles devem ser extremamente sutis e difíceis de encontrar — e é por isso que os matemáticos financeiros são tão bem pagos.
E algumas das matemáticas por trás dessas análises delicadas de mercado de ações podem ser rastreadas até Einstein.
Ele estava tentando explicar um fato estranho que foi notado inicialmente pelo botânico inglês Robert Brown em 1827. Brown olhou através de seu microscópio e viu que os grãos de poeira em uma gota de água estavam andando sem rumo. Este movimento browniano, como foi apelidado pela primeira vez, não teve nada a ver com os grãos estarem vivos, então o que os manteve em movimento?
Uma explicação completa teve que aguardar o papel de Einstein sobre o assunto em 1905. Ainda pensando em átomos e moléculas, Einstein percebeu que os grãos visíveis estavam realmente sendo empurrados por moléculas de água invisíveis. Em média, ele argumentou, os impactos viriam de todos os lados de forma igual. Mas em qualquer instante, mais moléculas de água estariam batendo um lado do grão do que o outro, dando-lhe um rápido chute em alguma direção aleatória.
Einstein transformou essa visão em uma equação que descrevia matematicamente o movimento. Seu papel de movimento browniano é amplamente reconhecido como a primeira prova incontestável de que átomos e moléculas realmente existem — e ainda serve como base para algumas previsões do mercado de ações.
Energia solar
Em março de 1958, a Marinha dos EUA lançou uma esfera de tamanho de uma laranja denominada Vanguard I em órbita em torno da Terra. As pessoas prestaram atenção, em parte porque foi a primeira a ser alimentada por uma tecnologia futurista conhecida como células solares: lajes brilhantes de semicondutores que transformaram a luz solar em eletricidade.
Hoje, as células solares habilitam quase todas as centenas de satélites em órbita terrestre, juntamente com muitas sondas sendo enviadas para planetas tão distantes quanto Júpiter. No chão, as células solares estão se espalhando pelos telhados suburbanos, já que os preços em queda rapidamente aproximam-se de serem competitivos com a energia elétrica convencional.
Novamente, Einstein não inventou células solares; as primeiras versões brutas datam de 1839. Mas ele esboçou seu princípio básico de operação em 1905. Seu ponto de partida era uma analogia simples: se a matéria é granuloso — isto é, se cada substância no universo é constituída por átomos e moléculas — então, a luz não deve ser diferente.
Afinal, argumentou Einstein, os físicos descobriram recentemente que, quando um objeto sólido absorvia ou emitia luz, poderia fazê-lo apenas tomando um passo discreto para cima ou para baixo em energia. E a maneira mais fácil de entender esse fato estranho, disse Einstein, era assumir que a própria luz era apenas um enxame de pacotes de energia discretos — partículas de luz que mais tarde seriam chamados de fótons.
De acordo com Einstein, a energia de cada pacote seria proporcional à frequência da luz, e isso sugeriu uma maneira fácil de testar a ideia: Aponte um feixe de luz para uma superfície metálica. Se a frequência fosse alta o suficiente, pelo menos alguns dos seus pacotes de energia teriam zing suficiente para eliminar os elétrons perdidos do metal e enviá-los para fora, de modo que os experimentadores pudessem detectá-los. As células solares funcionam essencialmente desta forma: a transmissão de luz do Sol dispara elétrons na célula até níveis de energia mais altos, produzindo um fluxo de corrente elétrica.
Ninguém antes de Einstein foi capaz de explicar completamente este fenômeno. Sua conquista foi considerada tão importante que, quando Einstein finalmente ganhou o Prêmio Nobel de física em 1921, não era para a relatividade, mas para explicar esse chamado efeito fotoelétrico.
Laser
Se você esteve em uma conferência ou brincou com um gato, é provável que você tenha visto um ponteiro laser em ação. Nas quase seis décadas que os físicos demonstraram o primeiro protótipo de laboratório de um laser em 1960, os dispositivos passaram a ocupar quase todos os nichos imagináveis, desde leitores de código de barras até sistemas de depilação.
Tudo isso cresce a partir de uma ideia que Einstein teve em 1917, enquanto ele estava tentando entender mais sobre como a luz interagia com a matéria.
Ele começou imaginando um monte de átomos que são banhados pela luz. Como ele sabia do seu trabalho anterior, os átomos que se encontram em seu estado de energia mais baixo podem absorver os fótons e saltar para um estado de energia mais elevado. Da mesma forma, os átomos de energia mais elevada podem emitir fótons espontaneamente e voltar a reduzir as energias. Quando chega no tempo certo, tudo se mantém em equilíbrio.
Essa suposição deu a Einstein uma equação que ele poderia usar para calcular o que a radiação de um sistema desse tipo deveria parecer. Infelizmente, seus cálculos não combinaram com os físicos que realmente viram no laboratório. Faltava algo.
Então Einstein fez um palpite inspirado: talvez os fótons gostem de marchar no passo, de modo que a presença de um grupo deles na mesma direção aumentará a probabilidade de um átomo de alta energia emitir outro fóton nessa direção. Ele chamou esse processo de emissão estimulada, e quando o incluiu em suas equações, seus cálculos se encaixam perfeitamente nas observações.
Um laser é apenas um dispositivo para aproveitar esse fenômeno. Ele excita um monte de átomos com energia leve ou elétrica, então canaliza os fótons que liberam em um exército marchando no passo perfeito precisamente em uma direção. O tributo a Einstein está ali mesmo na palavra “laser”, que significa: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação.
