Como Albert Einstein lutou pela paz europeia e pela física teórica

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 04:08

Sobre como a ciência estava intimamente ligada à política.

No início do século XX, descobertas colossais foram feitas na física, algumas das quais pertenceram a Albert Einstein, o criador da teoria geral da relatividade.

Os cientistas estavam à beira de uma visão completamente nova do Universo, o que exigia coragem intelectual, disposição para mergulhar na teoria e habilidades para lidar com um aparato matemático complexo. O desafio não foi aceito por todos e, como às vezes acontece, as disputas científicas se sobrepuseram a diferenças políticas causadas primeiro pela Primeira Guerra Mundial, depois pela chegada de Hitler ao poder na Alemanha. Einstein também foi uma figura-chave em torno da qual lanças se quebraram.

Einstein contra todos

A eclosão da Primeira Guerra Mundial foi acompanhada por um surto patriótico entre a população dos estados participantes, incluindo cientistas.

Na Alemanha, em 1914, 93 cientistas e figuras culturais, incluindo Max Planck, Fritz Haber e Wilhelm Roentgen, publicaram um manifesto expressando seu total apoio ao estado e à guerra que está travando: “Nós, representantes da ciência e arte alemãs, protestamos antes todo o mundo cultural contra as mentiras e calúnias com que nossos inimigos tentam poluir a justa causa da Alemanha na dura luta pela existência que lhe é imposta. Sem o militarismo alemão, a cultura alemã teria sido destruída há muito tempo, em seu início. O militarismo alemão é um produto da cultura alemã e nasceu em um país que, como nenhum outro país do mundo, foi submetido a ataques predatórios durante séculos."

No entanto, houve um cientista alemão que se pronunciou fortemente contra essas idéias. Albert Einstein publicou um manifesto de resposta “Aos europeus” em 1915: “Nunca antes a guerra perturbou tanto a interação das culturas. É dever dos europeus, educados e de boa vontade, não deixar a Europa sucumbir”. No entanto, esse apelo, além do próprio Einstein, foi assinado por apenas três pessoas.

Einstein se tornou um cientista alemão recentemente, embora tenha nascido na Alemanha. Ele se formou na escola e na universidade na Suíça e, depois disso, por quase dez anos, várias universidades da Europa se recusaram a contratá-lo. Isso se deveu em parte à maneira como Einstein abordou o pedido de consideração de sua candidatura.

Assim, em uma carta a Paul Drude, o criador da teoria eletrônica dos metais, ele primeiro apontou dois erros contidos em sua teoria, e só então pediu para ser contratado.

Como resultado, Einstein teve que conseguir um emprego no escritório de patentes suíço em Berna, e somente no final de 1909 ele conseguiu um cargo na Universidade de Zurique. E já em 1913, o próprio Max Planck, junto com o futuro Prêmio Nobel de Química Walter Nernst, veio pessoalmente a Zurique para persuadir Einstein a aceitar a cidadania alemã, se mudar para Berlim e se tornar membro da Academia Prussiana de Ciências e diretor do Instituto of Physics.

Einstein achou seu trabalho no escritório de patentes surpreendentemente produtivo do ponto de vista científico. “Quando alguém passava, eu colocava minhas anotações em uma gaveta e fingia estar fazendo um trabalho de patente”, lembrou. O ano de 1905 ficou registrado na história da ciência como annus mirabilis, "o ano dos milagres".

Este ano, a revista Annalen der Physik publicou quatro artigos de Einstein, nos quais ele foi capaz de descrever teoricamente o movimento browniano, explicar, usando a ideia de Planck dos quanta de luz, o efeito fotoelétrico ou o efeito dos elétrons escapando de um metal quando é irradiado com luz (foi em tal experimento que JJ Thomson descobriu o elétron) e deu uma contribuição decisiva para a criação da teoria da relatividade especial.

Uma coincidência surpreendente: a teoria da relatividade apareceu quase simultaneamente com a teoria dos quanta e mudou de forma inesperada e irrevogável os fundamentos da física.

No século 19, a natureza ondulatória da luz foi firmemente estabelecida, e os cientistas estavam interessados em como a substância na qual essas ondas se propagam está organizada.

Apesar de ninguém ainda ter observado o éter (este é o nome desta substância) diretamente, não surgiram dúvidas de que ele existe e permeia todo o Universo: era claro que a onda deveria se propagar em algum tipo de meio elástico, por analogia com os círculos de uma pedra jogada na água: a superfície da água no ponto de queda da pedra começa a oscilar e, por ser elástica, as oscilações são transmitidas aos pontos vizinhos, destes para os vizinhos, e assim sobre. Após a descoberta de átomos e elétrons, a existência de objetos físicos que não podem ser vistos com os instrumentos existentes também não surpreendeu ninguém.

Uma das questões simples para as quais a física clássica não conseguia encontrar uma resposta era esta: o éter é carregado por corpos em movimento? No final do século 19, alguns experimentos mostraram de forma convincente que o éter era completamente transportado por corpos em movimento, enquanto outros, e não menos convincentemente, que era apenas parcialmente transportado.

Os círculos na água são um exemplo de onda em um meio elástico. Se o corpo em movimento não carrega o éter, então a velocidade da luz em relação ao corpo será a soma da velocidade da luz em relação ao éter e a velocidade do próprio corpo. Se ele arrasta completamente o éter (como acontece quando se move em um líquido viscoso), então a velocidade da luz em relação ao corpo será igual à velocidade da luz em relação ao éter e não dependerá de forma alguma da velocidade do o próprio corpo.

O físico francês Louis Fizeau mostrou em 1851 que o éter é parcialmente transportado pelo fluxo de água em movimento. Em uma série de experimentos de 1880-1887, os americanos Albert Michelson e Edward Morley, por um lado, confirmaram a conclusão de Fizeau com maior precisão e, por outro, descobriram que a Terra, girando em torno do Sol, arrasta completamente o éter com ele, ou seja, a velocidade da luz na Terra é independente de como ela se move.

Para determinar como a Terra se move em relação ao éter, Michelson e Morley construíram um instrumento especial, um interferômetro (veja o diagrama abaixo). A luz da fonte incide sobre a placa semitransparente, de onde é parcialmente refletida no espelho 1 e passa parcialmente para o espelho 2 (os espelhos estão à mesma distância da placa). Os raios refletidos dos espelhos, então, caem novamente na placa semitransparente e, a partir dela, chegam juntos ao detector, no qual surge um padrão de interferência.

Se a Terra se move em relação ao éter, por exemplo, na direção do espelho 2, então a velocidade da luz nas direções horizontal e vertical não coincidirá, o que deve levar a uma mudança de fase das ondas refletidas de diferentes espelhos no detector (por exemplo, conforme mostrado no diagrama, canto inferior direito). Na realidade, nenhum deslocamento foi observado (ver canto inferior esquerdo).

Einstein vs. Newton

Em suas tentativas de compreender o movimento do éter e a propagação da luz nele, Lorentz e o matemático francês Henri Poincaré tiveram que assumir que as dimensões dos corpos em movimento mudam em comparação com as dimensões dos estacionários e, além disso, o tempo para corpos em movimento fluem mais lentamente. É difícil imaginar - e Lorentz tratou essas suposições mais como um truque matemático do que um efeito físico - mas elas permitiram a reconciliação da mecânica, da teoria eletromagnética da luz e dos dados experimentais.

Einstein, em dois artigos em 1905, foi capaz, com base nessas considerações intuitivas, de criar uma teoria coerente em que todos esses efeitos surpreendentes são consequência de dois postulados:

• a velocidade da luz é constante e não depende de como a fonte e o receptor se movem (e é igual a cerca de 300.000 quilômetros por segundo);
• para qualquer sistema físico, as leis físicas agem da mesma maneira, independentemente de ele se mover sem aceleração (em qualquer velocidade) ou estar em repouso.

E ele derivou a fórmula física mais famosa - E = mc²! Além disso, por causa do primeiro postulado, o movimento do éter deixou de ter importância e Einstein simplesmente o abandonou - a luz pode se propagar no vazio.

O efeito de dilatação do tempo, em particular, leva ao famoso "paradoxo dos gêmeos". Se um dos dois gêmeos, Ivan, embarcar em uma nave espacial para as estrelas, e o segundo, Peter, ficar esperando por ele na Terra, então, após seu retorno, descobrirá que Ivan envelheceu menos que Peter, desde o tempo sua espaçonave veloz estava fluindo mais devagar do que na Terra.

Esse efeito, assim como outras diferenças entre a teoria da relatividade e a mecânica comum, se manifesta apenas em uma tremenda velocidade de movimento, comparável à velocidade da luz, e, portanto, nunca o encontramos na vida cotidiana. Para as velocidades usuais com as quais nos encontramos na Terra, a fração v / c (lembre-se, c = 300.000 quilômetros por segundo) é muito pouco diferente de zero, e retornamos ao mundo familiar e aconchegante da mecânica escolar.

No entanto, os efeitos da teoria da relatividade devem ser levados em consideração, por exemplo, ao sincronizar os relógios dos satélites GPS com os terrestres para um funcionamento preciso do sistema de posicionamento. Além disso, o efeito da dilatação do tempo se manifesta no estudo das partículas elementares. Muitos deles são instáveis e se transformam em outros em muito pouco tempo. No entanto, costumam se mover com rapidez e, por isso, o tempo antes de sua transformação do ponto de vista do observador é alongado, o que permite registrá-los e estudá-los.

A teoria da relatividade especial surgiu da necessidade de reconciliar a teoria eletromagnética da luz com a mecânica de corpos em movimento rápido (e com velocidade constante). Depois de se mudar para a Alemanha, Einstein concluiu sua teoria geral da relatividade (GTR), onde acrescentou a gravidade aos fenômenos eletromagnéticos e mecânicos. Descobriu-se que o campo gravitacional pode ser descrito como deformação por um corpo massivo de espaço e tempo.

Uma das consequências da relatividade geral é a curvatura da trajetória do raio quando a luz passa perto de uma grande massa. A primeira tentativa de verificação experimental da relatividade geral ocorreria no verão de 1914, ao observar um eclipse solar na Crimeia. No entanto, uma equipe de astrônomos alemães foi internada em conexão com a eclosão da guerra. Isso, em certo sentido, salvou a reputação da relatividade geral, porque naquele momento a teoria continha erros e dava uma previsão incorreta do ângulo de deflexão da viga.

Em 1919, o físico inglês Arthur Eddington, ao observar um eclipse solar na Ilha do Príncipe, na costa oeste da África, conseguiu confirmar que a luz de uma estrela (tornou-se visível pelo fato de o Sol não a eclipsar), passando pelo Sol, desvia exatamente no mesmo ângulo que as equações de Einstein previstas.

A descoberta de Eddington fez de Einstein um superastro.

Em 7 de novembro de 1919, em meio à Conferência de Paz de Paris, quando todas as atenções pareciam estar voltadas para como o mundo existiria após a Primeira Guerra Mundial, o jornal londrino The Times publicou um editorial: “A Revolution in Science: A Nova Teoria do Universo, as ideias de Newton são derrotadas."

Repórteres perseguiam Einstein por toda parte, importunando-o com pedidos para explicar a teoria da relatividade em poucas palavras, e as salas onde ele dava palestras públicas estavam superlotadas (ao mesmo tempo, a julgar pelas críticas de seus contemporâneos, Einstein não era um palestrante muito bom; o público não entendeu a essência da palestra, mas ainda assim veio ver a celebridade).

Em 1921, Einstein, junto com o bioquímico inglês e futuro presidente de Israel, Chaim Weizmann, fez uma excursão de palestras pelos Estados Unidos para arrecadar fundos para apoiar os assentamentos judeus na Palestina. De acordo com o The New York Times, "Todos os assentos no Metropolitan Opera foram ocupados, desde o fosso da orquestra até a última fileira da galeria, centenas de pessoas estavam nos corredores."O correspondente do jornal enfatizou: "Einstein falava alemão, mas ansioso para ver e ouvir um homem que complementou o conceito científico do Universo com uma nova teoria de espaço, tempo e movimento, ocupou todos os lugares do corredor."

Apesar do sucesso com o grande público, a teoria da relatividade foi aceita com grande dificuldade na comunidade científica.

De 1910 a 1921, colegas progressistas indicaram Einstein para o Prêmio Nobel de Física dez vezes, mas o conservador Comitê do Nobel recusou todas as vezes, citando o fato de que a teoria da relatividade ainda não havia recebido confirmação experimental suficiente.

Depois da expedição de Eddington, isso começou a parecer cada vez mais escandaloso, e em 1921, ainda não convencidos, os membros do comitê tomaram uma decisão elegante - conceder um prêmio a Einstein, sem mencionar a teoria da relatividade, a saber: “Para serviços à física teórica e, principalmente, pela sua descoberta da lei do efeito fotoelétrico”.

Física ariana contra Einstein

A popularidade de Einstein no Ocidente provocou uma reação dolorosa de colegas na Alemanha, que se viram praticamente isolados após o manifesto militante de 1914 e a derrota na Primeira Guerra Mundial. Em 1921, Einstein foi o único cientista alemão a receber um convite para o Congresso Mundial de Física Solvay em Bruxelas (que ele, entretanto, ignorou em favor de uma viagem aos Estados Unidos com Weizmann).

Ao mesmo tempo, apesar das diferenças ideológicas, Einstein conseguiu manter relações amigáveis com a maioria de seus colegas patriotas. Mas, vindo da extrema direita de estudantes universitários e acadêmicos, Einstein ganhou a reputação de traidor que desvia a ciência alemã.

Um dos representantes desta ala foi Philip Leonard. Apesar de Lenard ter recebido em 1905 o Prêmio Nobel de Física pelo estudo experimental dos elétrons produzidos pelo efeito fotoelétrico, ele sofreu o tempo todo pelo fato de sua contribuição para a ciência não ser suficientemente reconhecida.

Primeiro, em 1893, ele emprestou um tubo de descarga de sua própria manufatura para Roentgen, e em 1895 Roentgen descobriu que os tubos de descarga estavam emitindo raios que ainda eram desconhecidos para a ciência. Lenard acreditava que a descoberta deveria pelo menos ser considerada conjunta, mas toda a glória da descoberta e o Prêmio Nobel de Física em 1901 foram apenas para Roentgen. Lenard ficou indignado e declarou que ele era a mãe dos raios, enquanto Roentgen era apenas uma parteira. Ao mesmo tempo, aparentemente, Roentgen não usou o tubo de Lenard em experimentos decisivos.

O tubo de descarga com o qual Lenard estudou elétrons no efeito fotoelétrico e Roentgen descobriu sua radiação

O tubo de descarga com o qual Lenard estudou elétrons no efeito fotoelétrico e Roentgen descobriu sua radiação

Em segundo lugar, Lenard ficou profundamente ofendido com a física britânica. Ele contestou a prioridade da descoberta do elétron por Thomson e acusou o cientista inglês de se referir incorretamente ao seu trabalho. Lenard criou um modelo do átomo, que pode ser considerado o predecessor do modelo de Rutherford, mas isso não foi devidamente observado. Não é surpreendente que Lenard chamou os britânicos de uma nação de mercenários e comerciantes fraudulentos, e os alemães, ao contrário, de uma nação de heróis, e após a eclosão da Primeira Guerra Mundial ele propôs organizar um bloqueio continental intelectual à Grã-Bretanha.

Terceiro, Einstein foi capaz de explicar teoricamente o efeito fotoelétrico, e Lenard em 1913, antes mesmo das desavenças relacionadas à guerra, até o recomendou para um cargo de professor. Mas o Prêmio Nobel pela descoberta da lei do efeito fotoelétrico em 1921 foi dado apenas a Einstein.

O início da década de 1920 foi geralmente uma época difícil para Lenard. Ele enfrentou entusiastas estudantes de esquerda e foi publicamente humilhado quando, após o assassinato do político liberal de origem judaica e ministro das Relações Exteriores alemão Walter Rathenau, se recusou a abaixar a bandeira no prédio de seu instituto em Heidelberg.

Suas economias, investidas em dívidas do governo, foram queimadas pela inflação e, em 1922, seu único filho morreu devido aos efeitos da desnutrição durante a guerra. Lenard se inclinou a pensar que os problemas da Alemanha (inclusive na ciência alemã) são o resultado de uma conspiração judaica.

Um colega próximo de Lenard nessa época era Johannes Stark, ganhador do Prêmio Nobel de Física em 1919, também inclinado a culpar as maquinações dos judeus por seus próprios fracassos. Depois da guerra, Stark, em oposição à Sociedade de Física liberal, organizou a conservadora "Comunidade Profissional Alemã de Professores Universitários", com a ajuda da qual tentou controlar o financiamento para pesquisas e nomeações para cargos científicos e de ensino, mas não teve sucesso. Após uma defesa malsucedida de um estudante de graduação em 1922, Stark declarou que estava cercado por admiradores de Einstein e renunciou ao cargo de professor da universidade.

Em 1924, seis meses após o Beer Putsch, o Grossdeutsche Zeitung publicou um artigo de Lenard e Stark, "Hitler's Spirit and Science". Os autores compararam Hitler com gigantes da ciência como Galileu, Kepler, Newton e Faraday ("Que bênção que esse gênio na carne viva entre nós!"), E também elogiaram o gênio ariano e condenaram o corruptor Judaísmo.

Segundo Lenard e Stark, na ciência, a perniciosa influência judaica se manifestou em novos rumos da física teórica - a mecânica quântica e a teoria da relatividade, que exigia a rejeição de antigos conceitos e utilizava um aparato matemático complexo e desconhecido.

Para cientistas mais velhos, mesmo aqueles tão talentosos como Lenard, esse foi um desafio que poucos foram capazes de aceitar.

Lenard contrastou "judeu", isto é, física teórica com "ariana", isto é, experimental, e exigiu que a ciência alemã se concentrasse nesta última. No prefácio do livro "Física Alemã", ele escreveu: "Física Alemã? - as pessoas vão perguntar. Eu também poderia dizer física ariana, ou a física do povo nórdico, a física dos buscadores da verdade, a física daqueles que fundaram a pesquisa científica."

Por muito tempo, a "física ariana" de Lenard e Stark permaneceu um fenômeno marginal, e físicos de várias origens estavam engajados em pesquisas teóricas e experimentais do mais alto nível na Alemanha.

Tudo mudou quando Adolf Hitler se tornou chanceler da Alemanha em 1933. Einstein, que na época estava nos Estados Unidos, renunciou à cidadania alemã e à filiação à Academia de Ciências, e o presidente da Academia, Max Planck, saudou esta decisão: "Apesar do profundo abismo que divide nossas visões políticas, nossas amizades pessoais sempre permanecerão inalteradas, "ele garantiu que é a correspondência pessoal de Einstein. Ao mesmo tempo, alguns membros da academia ficaram irritados com o fato de Einstein não ter sido claramente expulso dela.

Johannes Stark logo se tornou presidente do Instituto de Física e Tecnologia e da Sociedade Alemã de Pesquisa. No ano seguinte, um quarto de todos os físicos e metade dos físicos teóricos deixaram a Alemanha.