Einstein
Transcrição
Palestras até agora 1) O cisne negro – dezembro/2008 2) Teoria dos jogos – maio/2009 3) Teoria da evolução – outubro/2009 4) Criação imperfeita – agosto/2010 5) Einstein, a relatividade especial e outras coisas maio/2011. 2 Palestras futuras 1) A arte refinada de detectar tolices – 25/ago./2011 2) Einstein e a relatividade geral – outubro/2011 3) Einstein e a mecânica quântica – maio/2012 4) Profecias do fim do mundo – 12/12/2012 5) A ciência de Jornada nas Estrelas - maio/2013. 3 Plano da palestra 1) Um pouco sobre Einstein 2) A relatividade especial 3) E=mc 2 4) Efeito fotoelétrico 5) Movimento browniano. 4 -1Um pouco sobre Einstein 5 Primeiros anos ● ● ● 1979: Albert nasce em Ulm, na Alemanha. 1880: A família Einstein se muda para Munique. Hermann Einstein funda a “Einstein & Cia”. 1894: A família se muda para Milão. 6 Adolescência ● ● ● 1895: Einstein não passa no exame para a Politécnica de Zurique (ETH). 1896: Abre mão da cidadania alemã, para escapar do serviço militar. 1896: Ingressa na Politécnica de Zurique. 7 O mito das notas baixas... 8 Einstein recém-formado, 1900 ● ● Um “aluno preguiçoso”, segundo Minkowski. Rejeitado em todos os postos acadêmicos que solicitou. ● Professor particular. ● Condições precárias de vida. 9 1901 - 1905 ● ● ● ● 1901: Einstein obtém cidadania suíça. 1902: Nasce Lieserl, filha de Einstein e Mileva Maric. Entregue para adoção. a 1902: Perito técnico de 3 classe no escritório de patentes de Berna, Suíça. Tese de doutorado rejeitada. 10 O escritório de Einstein em Berna 11 1905: o “Ano Milagroso” ● ● Ainda trabalhando no escritório de patentes, Einstein publica 4 artigos revolucionários. Três grandes problemas abertos são resolvidos: – Compatibilidade entre a mecânica clássica e a eletrodinâmica. – Explicação do efeito fotoelétrico. – Determinação das dimensões moleculares. 12 Os artigos de 1905 1)“Uma nova determinação das dimensões moleculares”, 30 de abril (tese de doutorado, finalmente aceita). 2)“Sobre um ponto de vista heurístico relativo à produção e transformação da luz”, 9 de junho. 3)“Sobre o movimento de pequenas partículas suspensas em um líquido estacionário...”, 18 de julho. 4)“Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento”, 30 de junho. 5)“E=mc2”, 21 de novembro. 13 -2A teoria da relatividade especial 14 Problema ● Como compatibilizar a mecânica de Newton e a eletrodinâmica de Maxwell? 15 Sir Isaac Newton (1643 – 1727) ● ● 1666: fugindo da Peste, refugia-se em Lincolnshire. 1687: publica “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”, no qual apresenta as leis do movimento e a lei da gravitação universal. 16 James Clerk Maxwell (1831 - 1879) ● ● ● 1861: 20 equações diferenciais a 20 incógnitas. 1864: a luz é uma onda eletromagnética! 1873: formalização do eletromagnetismo em 4 equações. 17 As equações de Maxwell 18 Ondas eletromagnéticas 19 Galileu Galilei (1564 – 1642) ● ● Relatividade galileana. Funciona bem para baixas velocidades. 20 Relatividade galileana 21 Transformações de Galileu Nas palavras de Newton: “o tempo absoluto, verdadeiro e matemático, por si mesmo e por sua própria natureza, flui igualmente sem relação com nada de externo...”. x' = x − vt t' = t 22 Relatividade galileana 23 Einstein aos 16 anos: ● “O que aconteceria se conseguíssemos viajar em um raio de luz?” 24 Os precursores da relatividade ● ● ● George FitzGerald (1851 – 1901): propôs a contração dos corpos em movimento (1899). Hendrik Lorentz (1853 – 1928): teoria dos elétrons (1892). Henri Poincaré (1854 – 1912): propôs o princípio da relatividade como lei fundamental da natureza (1902). 25 Os dois princípios básicos ● ● “As leis da física têm a mesma forma em todos os sistemas inerciais de referência”. “A velocidade da luz é a mesma em todos os sistemas de referência”. 26 A velocidade da luz no vácuo c= 1 µ 0ε 0 27 Relatividade einsteiniana 28 Transformações de Lorentz x − vt x ' = 2 v 1− 2 c 2 t ' = t − vx / c 2 v 1− 2 c 29 Consequências ● Dilatação do tempo (o tempo é relativo). ● Contração dos corpos. ● Aumento da massa. ● O éter luminífero não existe. ● O espaço passa a ter quatro dimensões: o espaço-tempo de Minkowski. 30 O paradoxo dos gêmeos 31 O experimento de Hafele-Keating ● ● ● ● 1971. Relógio atômico de césio a bordo de um avião comercial. Duas voltas completas em torno da Terra. Primeiro para o leste, depois para o oeste. Medições comparadas com os de um relógio em terra, no Observatório Naval dos EUA. Resultados de acordo com relatividade especial + relatividade geral. 32 -32 E=mc 33 Aumento da massa com a velocidade 34 Pergunta: De onde vem a massa adicional? 35 Resposta: Só pode vir da energia adicional para acelerar a partícula! 36 2 E=mc na mente popular 37 2 E=mc na mente popular 38 39 40 41 42 -4O efeito fotoelétrico 43 Efeito fotoelétrico ● ● Descoberto por Heinrich Hertz (1857 – 1894) em 1888. A luz de alta frequência arranca elétrons de superfícies metálicas. 44 Propriedades do efeito fotoelétrico ● ● ● Quanto mais intensa luz, mais elétrons ela deveria liberar. Contudo, abaixo de certa frequência, mesmo luz muito intensa não libera elétron algum. Além disso, acima dessa frequência, mesmo luz muito fraca libera elétrons. 45 A solução de Einstein ● A luz vem em “pacotes” (quanta), cuja energia é proporcional à frequência: E = hf ● A partir de 1926 esses pacotes passaram a se denominar “fótons”. 46 Rejeição e Nobel ● A solução de Einstein foi imediatamente rejeitada por todos os físicos. 47 Rejeição e Nobel ● ● A solução de Einstein foi imediatamente rejeitada por todos os físicos. Em 1921, Einstein recebeu o Nobel por ela. 48 A criação da mecânica quântica ● ● A quantização da energia havia sido proposta por Max Planck (1858 – 1947) em 1900, para resolver outro problema. Contudo, Planck considerava a quantização um passo mais formal do que fundamental. 49 Mudanças e Paradigmas “Uma nova teoria não triunfa por conseguir convencer os seus adversários, mas sim porque estes acabam morrendo e as novas gerações são educadas de acordo com as novas teorias". (Max Planck) 50 Einstein e a nova mecânica quântica “Deus não joga dados com o Universo. Ele é sutil, mas não maldoso” (Albert Einstein, 1926) 51 -5Movimento browniano 52 Movimento browniano ● ● ● Descoberto pelo botânico Robert Brown (1773 – 1858) em 1927. Movimento aleatório de partículas suspensas em um fluido (líquido ou gás). O movimento nunca cessa. 53 A contribuição de Einstein ● ● ● Solidificou a teoria atômico-molecular da estrutura da matéria. Forneceu uma estimativa do número de Avogadro, mas tarde verificada experimentalmente por Jean Perrin. O movimento resulta de desequilíbrios instantâneos entre as moléculas do fluido que empurram as partículas. 54 Einstein após 1905 ● ● 1910: Professor na Universidade Alemã de Praga (hoje Charles University). 1913: Professor da Universidade de Berlim, Alemanha. ● 1916: Publica a Relatividade Geral. ● 1919: Casa-se com Elsa Löwenthal. ● 1933: “Incentivado” por Hitler, Einstein deixa a Alemanha e se radica em Princeton, EUA. 55 56 Mercer Street, 112, Princeton 57 Afinal, por que devemos saber disso? Ítalo Calvino (1923 – 1985): “A única razão que se pode apresentar é que ler os clássicos é melhor do que não ler os clássicos.” (1981) 58 Para saber mais Abraham Pais “Sutil é o Senhor, a ciência e a vida de Albert Einstein”, Nova Fronteira, 1995. 59 Para saber mais Andrew Robson (org.) “Einstein – os 100 anos da teoria da relatividade”, Campus, 2005. 60 Ufa! É o Fim! Obrigado 61
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