Albert Einstein

Vida precoce

Einstein nasceu em Ulm, Württemberg, Alemanha, em 14 de março de 1879. Sua família era judia, mas não era muito religiosa. Entretanto, mais tarde na vida Einstein se interessou muito pelo seu judaísmo. Einstein não começou a falar até os 2 anos de idade. De acordo com sua irmã mais nova, Maja, "ele tinha tanta dificuldade com a língua que aqueles ao seu redor temiam que ele nunca aprendesse". Quando Einstein tinha aproximadamente 4 anos de idade, seu pai lhe deu uma bússola magnética. Ele se esforçou para entender como a agulha podia parecer mover-se sozinha, de modo que sempre apontava para o norte. A agulha estava em uma caixa fechada, então claramente nada como o vento poderia estar empurrando a agulha, e mesmo assim ela se movia. Assim, Einstein se interessou pelo estudo da ciência e da matemática. Sua bússola lhe deu idéias para explorar o mundo da ciência.

Quando ficou mais velho, ele foi para uma escola na Suíça. Depois de se formar, conseguiu um emprego no escritório de patentes de lá. Enquanto trabalhava lá, escreveu os trabalhos que o tornaram famoso como um grande cientista.

Einstein casou-se com uma sérvia de 20 anos, Mileva Marić, em janeiro de 1903.

Em 1917, Einstein ficou muito doente com uma doença que quase o matou. Sua prima Elsa Löwenthal cuidou dele de volta à saúde. Depois que isto aconteceu, Einstein divorciou-se de Mileva em 14 de fevereiro de 1919, e casou-se com Elsa em 2 de junho de 1919.

Crianças

A primeira filha de Einstein foi "Lieserl" (ninguém sabe seu verdadeiro nome). Ela nasceu em Novi Sad, Vojvodina, Áustria-Hungria, nos primeiros meses de 1902. Ela passou sua vida muito curta (acredita-se que tenha menos de 2 anos) aos cuidados dos avós sérvios. Acredita-se que ela tenha morrido de escarlatina. Alguns acreditam que ela possa ter nascido com a doença chamada síndrome de Down, embora isso nunca se prove. Ninguém sabia de sua própria existência até 1986, quando a neta de Einstein descobriu uma caixa de sapatos contendo 54 cartas de amor (a maioria delas de Einstein), trocadas entre Mileva e Einstein de 1897 a setembro de 1903.

Os dois filhos de Einstein eram Hans Albert Einstein e Eduard Tete Einstein. Hans nasceu em Berna, Suíça, em maio de 1904, e Eduard nasceu em Zurique, Suíça, em julho de 1910. Eduard morreu aos 55 anos de idade de um derrame no Hospital Universitário Psiquiátrico de Zurique. Ele havia passado sua vida dentro e fora do asilo devido a sua esquizofrenia.

Vida posterior

Pouco antes do início da Primeira Guerra Mundial, ele se mudou de volta para a Alemanha, e tornou-se diretor de uma escola lá. Ele viveu em Berlim até a chegada do governo nazista ao poder. Os nazistas odiavam pessoas que eram judias ou que vinham de famílias judaicas. Eles acusaram Einstein de ajudar a criar a "física judaica", e os físicos alemães tentaram provar que suas teorias estavam erradas.

Em 1933, sob ameaças de morte dos nazistas e odiados pela imprensa alemã controlada pelos nazistas, Einstein e Elsa mudaram-se para Princeton, Nova Jersey, nos Estados Unidos, e em 1940 ele se tornou um cidadão dos Estados Unidos.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Einstein e Leó Szilárd escreveram ao presidente dos Estados Unidos, Franklin D. Roosevelt, para dizer que os Estados Unidos deveriam inventar uma bomba atômica para que o governo nazista não pudesse vencê-los ao soco. Ele foi o único que assinou a carta. Entretanto, ele não fazia parte do Projeto Manhattan, que foi o projeto que criou a bomba atômica.

Einstein, um judeu mas não um cidadão israelense, foi oferecido a presidência em 1952, mas recusou, declarando "Estou profundamente comovido com a oferta de nosso Estado de Israel, e ao mesmo tempo entristecido e envergonhado por não poder aceitá-la". "Ehud Olmert foi informado que estava considerando oferecer a presidência a outro não-israelense, Elie Wiesel, mas foi dito que ele estava "muito pouco interessado".

Ele ensinou física no Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey, até sua morte, em 18 de abril de 1955, de um aneurisma da aorta rompido. Ele ainda estava escrevendo sobre física quântica horas antes de sua morte. Ele foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física.

A teoria da relatividade especial foi publicada por Einstein em 1905, no jornal On the Electrodynamics of Moving Bodies. Diz que tanto as medidas de distância quanto as medidas de tempo mudam perto da velocidade da luz. Isto significa que à medida que nos aproximamos da velocidade da luz (quase 300.000 quilômetros por segundo), os comprimentos parecem ficar mais curtos, e os relógios batem mais lentamente. Einstein disse que a relatividade especial se baseia em duas idéias. A primeira é que as leis da física são as mesmas para todos os observadores que não estão se movendo uns em relação aos outros.

Diz-se que as coisas indo na mesma direção, na mesma velocidade, estão em uma "moldura inercial".

As pessoas na mesma "moldura" medem quanto tempo algo leva para acontecer. Seus relógios mantêm o mesmo tempo. Mas em outra "moldura", seus relógios se movem em uma velocidade diferente. A razão pela qual isto acontece é a seguinte. Não importa como um observador está se movendo, se ele medir a velocidade da luz que vem daquela estrela, será sempre o mesmo número.

Imagine que um astronauta estivesse sozinho em um universo diferente. Tem apenas um astronauta e uma nave espacial. Ele está se movendo? Será que ele está parado? Essas perguntas não significam nada. Por que ele está parado? Porque, quando dizemos que estamos nos movendo, queremos dizer que podemos medir nossa distância de alguma outra coisa em vários momentos. Se os números forem maiores, estaremos nos afastando. Se os números ficarem menores, estaremos nos aproximando. Para ter movimento, é preciso ter pelo menos duas coisas. Um avião pode estar se movendo a várias centenas de quilômetros por hora, mas os passageiros dizem: "Eu estou apenas sentado aqui".

Suponha que algumas pessoas estejam em uma nave espacial e que queiram fazer um relógio preciso. Em uma ponta eles colocam um espelho e na outra uma máquina simples. Ele dispara uma pequena explosão de luz em direção ao espelho e depois espera. A luz bate no espelho e ricocheteia. Quando atinge um detector de luz na máquina, a máquina diz: "Contagem = 1", dispara simultaneamente outra pequena explosão de luz em direção ao espelho, e quando aquela luz volta, a máquina diz: "Contagem = 2". Eles decidem que um certo número de saltos será definido como um segundo, e fazem a máquina mudar o contador de segundos toda vez que detectar esse número de saltos. Toda vez que muda o contador de segundos, ela também emite uma luz através de uma vigia sob a máquina. Assim, alguém de fora pode ver a luz piscando a cada segundo.

Toda criança da escola primária aprende a fórmula d=rt (distância é igual à taxa multiplicada pelo tempo). Conhecemos a velocidade da luz e podemos medir facilmente a distância entre a máquina e o espelho e múltiplo que para dar a distância que a luz percorre. Portanto, temos ambos d e r, e podemos facilmente calcular t. As pessoas na nave comparam seu novo "relógio de luz" com seus vários relógios de pulso e outros relógios, e ficam satisfeitas de poder medir bem o tempo usando seu novo relógio de luz.

Agora esta nave espacial está indo muito rápido. Eles vêem um flash do relógio na nave espacial, e depois vêem outro flash. Somente os flashes não se afastam um segundo. Eles vêm a um ritmo mais lento. A luz sempre vai na mesma velocidade, d = rt. É por isso que o relógio da nave espacial não pisca uma vez por segundo para o observador externo.

A relatividade especial também relaciona energia com massa, na fórmula E=mc2 de Albert Einstein.

E=mc2, também chamada de equivalência de energia em massa, é uma das coisas pelas quais Einstein é mais famoso. É uma equação famosa em física e matemática que mostra o que acontece quando a massa muda para energia ou a energia muda para massa. O "E" na equação significa energia. Energia é um número que se dá aos objetos, dependendo de quanto eles podem mudar outras coisas. Por exemplo, um tijolo pendurado sobre um ovo pode colocar energia suficiente sobre o ovo para quebrá-lo. Uma pena pendurada sobre um ovo não tem energia suficiente para ferir o ovo.

Há três formas básicas de energia: energia potencial, energia cinética e energia de repouso. Duas dessas formas de energia podem ser vistas nos exemplos dados acima, e no exemplo de um pêndulo.

Uma bala de canhão pendurada em uma corda de um anel de ferro. Um cavalo puxa a bala de canhão para o lado direito. Quando a bala de canhão é solta, ela se move para frente e para trás, conforme diagramado. Ele faria isso para sempre, exceto que o movimento da corda no anel e a fricção em outros lugares causa atrito, e o atrito tira um pouco de energia o tempo todo. Se ignorarmos as perdas devidas ao atrito, então a energia fornecida pelo cavalo é dada à bola de canhão como energia potencial. (Ele tem energia porque está em cima e pode cair.) À medida que a bala de canhão balança para baixo ela ganha cada vez mais velocidade, então quanto mais perto do fundo ela se aproxima, mais rápido ela vai e mais forte ela iria atingir você se você estivesse na frente dela. Em seguida, ela desacelera à medida que sua energia cinética é transformada novamente em energia potencial. "Energia cinética" significa apenas a energia que algo tem porque está em movimento. "Energia potencial" significa apenas a energia que algo tem porque está em alguma posição mais alta do que outra coisa.

Quando a energia se move de uma forma para outra, a quantidade de energia permanece sempre a mesma. Ela não pode ser feita ou destruída. Esta regra é chamada de "lei de conservação de energia". Por exemplo, quando você lança uma bola, a energia é transferida de sua mão para a bola quando você a solta. Mas a energia que estava em sua mão, e agora a energia que está na bola, é o mesmo número. Durante muito tempo, as pessoas pensavam que a conservação de energia era tudo o que havia para se falar.

Quando a energia se transforma em massa, a quantidade de energia não permanece a mesma. Quando a massa se transforma em energia, a quantidade de energia também não permanece a mesma. Entretanto, a quantidade de matéria e energia permanece a mesma. A energia se transforma em massa e a massa se transforma em energia de uma forma que é definida pela equação de Einstein, E = mc2.

O "m" na equação de Einstein significa massa. Massa é a quantidade de matéria que existe em algum corpo. Se você soubesse o número de prótons e nêutrons em um pedaço de matéria como um tijolo, então você poderia calcular sua massa total como a soma das massas de todos os prótons e de todos os nêutrons. (Os elétrons são tão pequenos que são quase insignificantes.) As massas se puxam umas sobre as outras, e uma massa muito grande, como a da Terra, puxa com muita força sobre as coisas próximas. Você pesaria muito mais em Júpiter do que na Terra, porque Júpiter é tão grande. Você pesaria muito menos na Lua porque ela é apenas cerca de um sexto da massa da Terra. O peso está relacionado à massa do tijolo (ou da pessoa) e a massa do que quer que esteja puxando-o para baixo em uma balança de mola - que pode ser menor que a menor lua do sistema solar ou maior que o Sol.

A massa, não o peso, pode ser transformada em energia. Outra forma de expressar esta idéia é dizer que a matéria pode ser transformada em energia. Unidades de massa são usadas para medir a quantidade de matéria em algo. A massa ou a quantidade de matéria em algo determina em quanta energia essa coisa pode ser transformada.

A energia também pode ser transformada em massa. Se você estivesse empurrando um carrinho de bebê em uma caminhada lenta e achasse fácil empurrá-lo, mas empurrando-o em uma caminhada rápida e achasse mais difícil de mover-se, então você se perguntaria o que estava errado com o carrinho de bebê. Então, se você tentasse correr e descobrisse que mover o carrinho de bebê a qualquer velocidade mais rápida era como empurrá-lo contra uma parede de tijolos, você ficaria muito surpreso. A verdade é que quando algo é movido, então sua massa é aumentada. Os seres humanos normalmente não percebem este aumento de massa porque na velocidade que os humanos normalmente movem o aumento de massa em quase nada.

Conforme as velocidades se aproximam da velocidade da luz, então as mudanças na massa se tornam impossíveis de não se notar. A experiência básica que todos compartilhamos na vida cotidiana é que quanto mais empurramos algo como um carro, mais rápido podemos fazê-lo funcionar. Mas quando algo que estamos empurrando já está indo em grande parte da velocidade da luz, descobrimos que ele continua ganhando massa, então fica cada vez mais difícil fazê-lo ir mais rápido. É impossível fazer qualquer massa ir à velocidade da luz porque para fazer isso seria preciso uma energia infinita.

Às vezes, uma massa muda para energia. Exemplos comuns de elementos que fazem essas mudanças que chamamos de radioatividade são o rádio e o urânio. Um átomo de urânio pode perder uma partícula alfa (o núcleo atômico do hélio) e se tornar um novo elemento com um núcleo mais leve. Então, esse átomo emitirá dois elétrons, mas ainda não será estável. Ele emitirá uma série de partículas alfa e elétrons até que finalmente se torne o elemento Pb ou o que chamamos de chumbo. Ao jogar fora todas essas partículas que têm massa, ele tornou sua própria massa menor. Ele também produziu energia.

Na maioria das radioatividades, toda a massa de algo não se transforma em energia. Em uma bomba atômica, o urânio é transformado em krypton e bário. Há uma pequena diferença na massa do krypton e bário resultantes, e na massa do urânio original, mas a energia que é liberada pela mudança é enorme. Uma maneira de expressar esta idéia é escrever a equação de Einstein como:

E = (_muranium - mkrypton _{e bário}) c2

O c2 na equação representa a velocidade da luz ao quadrado. Quadrar algo significa multiplicá-lo por si só, portanto, se a velocidade da luz fosse quadrada, seria de 299.792.458 metros por segundo, vezes 299.792.458 metros por segundo, que é aproximadamente
(3-108)² = (9-1016 metros2)/segundos2=90
.000.000.000.000.000.000 metros2/segundos2
:
E = 1 kg - 90.000.000.000.000.000.000 metros2/segundos2E
= 90.000.000.000.000.000 kg metros2/segundos2ouE
= 90.000.000.000.000.000.000 joulesou
E = 90.000 terajoule

Cerca de 60 terajoules foram liberados pela bomba atômica que explodiu sobre Hiroshima. Assim, cerca de dois terços de um grama da massa radioativa daquela bomba atômica devem ter sido perdidos (transformados em energia), quando o urânio se transformou em krypton e bário.

A idéia de um condensado Bose-Einstein surgiu de uma colaboração entre S. N. Bose e o Prof. Einstein. O próprio Einstein não o inventou, mas, em vez disso, refinou a idéia e a ajudou a se tornar popular.

O conceito de energia de ponto zero foi desenvolvido na Alemanha por Albert Einstein e Otto Stern em 1913.

Na física clássica, a dinâmica é explicada pela equação:

p = mv

onde

p representa um impulso

m representa a massa

v representa a velocidade (velocidade)

Quando Einstein generalizou a física clássica para incluir o aumento de massa devido à velocidade da matéria em movimento, ele chegou a uma equação que previa que a energia seria feita de dois componentes. Um componente envolve "massa em repouso" e o outro componente envolve momentum, mas o momentum não é definido da maneira clássica. A equação normalmente tem valores maiores que zero para ambos os componentes:

E2 = (m0c2)² + (pc)²

onde

E representa a energia de uma partícula

m0 representa a massa da partícula quando ela não está em movimento

p representa o impulso da partícula quando ela está em movimento

c representa a velocidade da luz.

Há dois casos especiais desta equação.

Um fóton não tem massa de descanso, mas tem impulso. (A luz que reflete de um espelho empurra o espelho com uma força que pode ser medida). No caso de um fóton, porque seu m0 = 0, então:

E2 = 0 + (pc)²

E = pc

p = E/c

A energia de um fóton pode ser calculada a partir de sua freqüência ν ou comprimento de onda λ. Estes estão relacionados entre si pela relação de Planck, E = hν = hc/λ, onde h é a constante de Planck (6,626×10-34 joule-seconds). Conhecendo a freqüência ou o comprimento de onda, é possível calcular o momento do fóton.

No caso de partículas sem movimento com massa, desde p = 0, então:

E02 = (m0c2)² + 0

que é apenas

E0 = m0c2

Portanto, a quantidade "m0" usada na equação de Einstein é às vezes chamada de "massa de descanso". (O "0" nos lembra que estamos falando da energia e da massa quando a velocidade é 0). Esta famosa fórmula de "relação massa-energia" (geralmente escrita sem os "0") sugere que a massa tem uma grande quantidade de energia, então talvez pudéssemos converter alguma massa para uma forma de energia mais útil. A indústria de energia nuclear se baseia nessa idéia.

Einstein disse que não era uma boa idéia usar a fórmula clássica relativa à velocidade, p = mv, mas que se alguém quisesse fazer isso, teria que usar uma massa de partículas m que muda com a velocidade:

mv2 = m02 / (1 - v2/c2)

Neste caso, podemos dizer que E = mc2 também é verdade para partículas em movimento.

A Teoria Geral da Relatividade foi publicada em 1915, dez anos depois que a teoria especial da relatividade foi criada. A teoria geral da relatividade de Einstein utiliza a idéia de espaço tempo. Spacetime é o fato de termos um universo tetradimensional, tendo três dimensões espaciais (espaço) e uma dimensão temporal (tempo). Qualquer evento físico acontece em algum lugar dentro dessas três dimensões espaciais, e em algum momento no tempo. De acordo com a teoria geral da relatividade, qualquer massa faz com que o espaço-tempo se curve, e qualquer outra massa segue estas curvas. Uma massa maior causa mais curvatura. Esta foi uma nova forma de explicar a gravitação (gravidade).

A relatividade geral explica a lente gravitacional, que é uma leve curvatura quando se aproxima de um objeto maciço. Esta explicação foi comprovadamente correta durante um eclipse solar, quando a curvatura da luz solar das estrelas distantes podia ser medida por causa da escuridão do eclipse.

A relatividade geral também preparou o cenário para a cosmologia (teorias sobre a estrutura de nosso universo a grandes distâncias e durante longos períodos). Einstein pensou que o universo pode curvar um pouco tanto no espaço quanto no tempo, para que o universo sempre existiu e sempre existirá, e para que se um objeto se movesse através do universo sem esbarrar em nada, ele retornaria ao seu ponto de partida, da outra direção, após um longo tempo. Ele até mudou suas equações para incluir uma "constante cosmológica", a fim de permitir um modelo matemático de um universo imutável. A teoria geral da relatividade também permite que o universo se espalhe (cresça maior e menos denso) para sempre, e a maioria dos cientistas pensa que a astronomia provou que é isso que acontece. Quando Einstein percebeu que bons modelos do universo eram possíveis mesmo sem a constante cosmológica, ele chamou seu uso da constante cosmológica de seu "maior erro", e essa constante é muitas vezes deixada de fora da teoria. Entretanto, muitos cientistas acreditam agora que a constante cosmológica é necessária para se encaixar em tudo o que sabemos agora sobre o universo.

Uma teoria popular da cosmologia é chamada de Big Bang. De acordo com a teoria do Big Bang, o universo foi formado há 15 bilhões de anos, no que é chamado de "singularidade gravitacional". Esta singularidade era pequena, densa, e muito quente. De acordo com esta teoria, toda a matéria que conhecemos hoje saiu deste ponto.

O próprio Einstein não tinha a idéia de um "buraco negro", mas mais tarde os cientistas usaram este nome para um objeto no universo que dobra tanto o espaço-tempo que nem mesmo a luz pode escapar dele. Eles pensam que estes objetos ultra-densos são formados quando estrelas gigantes, pelo menos três vezes o tamanho de nosso sol, morrem. Este evento pode seguir o que se chama uma supernova. A formação de buracos negros pode ser uma grande fonte de ondas gravitacionais, portanto a busca de provas de ondas gravitacionais se tornou uma importante busca científica.

Muitos cientistas só se preocupam com seu trabalho, mas Einstein também falou e escreveu com freqüência sobre política e paz mundial. Ele gostava das idéias do socialismo e de ter apenas um governo para o mundo inteiro. Ele também trabalhou para o sionismo, o esforço para tentar criar o novo país de Israel.

A família de Einstein era judia, mas Einstein nunca praticou esta religião seriamente. Ele gostava das idéias do filósofo judeu Baruch Spinoza e também achava que o budismo era uma boa religião. ^[]

Embora Einstein pensasse em muitas idéias que ajudaram os cientistas a entender o mundo muito melhor, ele discordou de algumas teorias científicas que outros cientistas gostaram. A teoria da mecânica quântica discute coisas que só podem acontecer com certas probabilidades, que não podem ser previstas com maior precisão, não importa a quantidade de informação que possamos ter. Esta busca teórica é diferente da mecânica estatística, na qual Einstein fez um trabalho importante. Einstein não gostou da parte da teoria quântica que negava qualquer coisa mais do que a probabilidade de que algo fosse encontrado como verdadeiro de algo quando realmente fosse medido; ele pensou que deveria ser possível prever qualquer coisa, se tivéssemos a teoria correta e informação suficiente. Uma vez ele disse: "Não acredito que Deus jogue dados com o Universo".

Como Einstein ajudou tanto a ciência, seu nome agora é usado para várias coisas diferentes. Uma unidade usada na fotoquímica foi nomeada para ele. É igual ao número de Avogadro multiplicado pela energia de um fóton de luz. O elemento químico Einsteinium tem também o nome do cientista. Na gíria, às vezes chamamos uma pessoa muito inteligente de "Einsteinium".

A maioria dos cientistas pensa que as teorias de Einstein sobre a relatividade especial e geral funcionam muito bem, e eles usam essas idéias e fórmulas em seu próprio trabalho. Einstein discordou que fenômenos na mecânica quântica podem acontecer por puro acaso. Ele acreditava que todos os fenômenos naturais têm explicações que não incluem o puro acaso. Ele passou grande parte de sua vida posterior tentando encontrar uma "teoria de campo unificada" que incluiria sua teoria geral da relatividade, a teoria do eletromagnetismo de Maxwell, e talvez uma teoria quântica melhor. A maioria dos cientistas não acredita que ele tenha tido sucesso nessa tentativa.