Os quatro maiores erros da vida científica de Einstein
Albert Einstein em 1920. Crédito da imagem: O Eclipse Solar de 29 de maio de 1919 e o Efeito Einstein, The Scientific Monthly 10:4 (1920), 418–422, na p. 418. Domínio público.
Ninguém está certo 100% das vezes. Mesmo o maior gênio de todos.
O único homem que nunca comete um erro é o homem que nunca faz nada. – Theodore Roosevelt
Na ciência, como na vida, você geralmente erra várias vezes antes de acertar. Isso é particularmente verdadeiro sempre que você está tentando algo novo; ninguém nasce especialista em nada. Temos que acumular uma base sólida – um kit de ferramentas para a solução de problemas, se preferir – antes de sermos realmente capazes de resolver algo novo ou difícil. No entanto, não importa o quão bom sejamos em algo, todos nós temos limites para o quão bem-sucedidos seremos. Isso não é uma falha da nossa parte; isso é a vida como um ser limitado. No entanto, isso não diminui nossos sucessos; essas são nossas maiores conquistas como seres humanos. Quando abrimos novos caminhos, impulsionamos o corpo de conhecimento científico e nossa compreensão do Universo, é o maior avanço para toda a humanidade. Mesmo sem dúvida o maior gênio de todos os tempos, Albert Einstein, cometeu alguns erros colossais que outros tiveram que corrigir. Aqui estão os quatro maiores.
Einstein cometeu vários erros em suas derivações, embora seus resultados mais famosos tenham se mostrado bastante robustos. Crédito da imagem: Einstein derivando a relatividade especial, 1934, via http://www.relativitycalculator.com/pdfs/einstein_1934_two-blackboard_derivation_of_energy-mass_equivalence.pdf .
1.) Einstein errou em sua “prova” de sua equação mais famosa, E = mc² . Em 1905, seu ano milagroso, Einstein publicou artigos sobre o efeito fotoelétrico, movimento browniano, relatividade especial e equivalência massa-energia, entre outros. Várias pessoas trabalharam na ideia de uma energia de repouso associada a objetos massivos, mas não conseguiram calcular os números. Muitos tinham proposto E = Nmc² , Onde N era um número como 4/3, 1, 3/8 ou algum outro número, mas ninguém provou qual deles estava correto. Até que Einstein fez isso, em 1905.
Conversão massa-energia, com valores. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons JTBarnabas.
Pelo menos, essa é a lenda. A verdade pode esvaziar um pouco sua visão de Einstein, mas aqui está: Einstein só conseguiu derivar E = mc² para uma partícula completamente em repouso. Apesar de também inventar a relatividade especial – fundada no princípio de que as leis da física são independentes do referencial de um observador – a formulação de Einstein não conseguia explicar como a energia funcionava para uma partícula em movimento. Em outras palavras, E = mc² como derivado por Einstein era dependente do quadro! Foi só quando Max von Laue fez o avanço crítico, seis anos depois, que mostrou a falha no trabalho de Einstein: é preciso se livrar da ideia de energia cinética. Em vez disso, agora falamos sobre energia relativística total, onde a energia cinética tradicional – KE = mv² — só pode emergir no limite não relativista. Einstein cometeu erros semelhantes em todas as suas sete derivações de E = mc² , abrangendo toda a sua vida, apesar de que, além de von Laue, Joseph Larmor, Wolfgang Pauli e Philipp Lenard, todos derivaram com sucesso a relação massa/energia sem a falha de Einstein.
A deformação do espaço-tempo por massas gravitacionais, conforme ilustrado para representar a Relatividade Geral. Crédito da imagem: LIGO/T. Pilha.
2.) Einstein adicionou uma constante cosmológica, Λ, na Relatividade Geral para manter o Universo estático. A Relatividade Geral é uma teoria bonita, elegante e poderosa que mudou nossa concepção do Universo. Em vez de um Universo onde a gravitação é a força instantânea e atrativa entre duas massas localizadas em posições fixas no espaço, a presença de matéria e energia – em todas as suas formas – afeta e determina a curvatura do espaço-tempo. A densidade e a pressão da soma total de todas as formas de energia no Universo desempenham um papel, desde partículas até radiação, matéria escura e energia de campo. Mas esse relacionamento não era bom para Einstein, então ele o mudou.
A expansão (ou contração) do espaço é uma consequência necessária em um Universo que contém massas, a menos que seja incrivelmente bem ajustado. Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP.
Veja, o que Einstein havia determinado era que um Universo cheio de matéria e radiação era instável! Teria que estar expandindo ou contraindo se estivesse cheio de partículas massivas, o que nosso Universo claramente é. Então, sua solução para isso foi inserir um termo extra - uma constante cosmológica positiva - para equilibrar exatamente a tentativa de contração do Universo. Essa correção era instável de qualquer maneira, pois uma região um pouco mais densa que o normal entraria em colapso de qualquer maneira, enquanto uma região um pouco menos densa que a média se expandiria para sempre. Se Einstein tivesse sido capaz de resistir a essa tentação, ele poderia ter previsto a expansão do Universo antes que Friedmann e Lemaître o fizessem, e antes que Hubble descobrisse as evidências que provavam isso. Embora realmente pareçamos ter uma constante cosmológica em nosso Universo (responsável pelo que chamamos de energia escura), as motivações de Einstein para colocá-la estavam todas erradas e nos impediram de prever o Universo em expansão. Realmente foi um grande erro da parte dele .
Niels Bohr e Albert Einstein juntos em 1925, engajados em suas famosas conversas/debates sobre mecânica quântica. Imagem de domínio público.
3.) Einstein rejeitou a natureza quântica indeterminada do Universo. Este ainda é controverso, provavelmente principalmente devido à teimosia de Einstein sobre o assunto. Na física clássica, como a gravidade newtoniana, o eletromagnetismo de Maxwell e até a Relatividade Geral, as teorias são realmente deterministas. Se você me disser as posições iniciais e os momentos de todas as partículas no Universo, eu posso – com poder computacional suficiente – dizer como cada uma delas evoluirá, se moverá e onde elas estarão localizadas em qualquer ponto no tempo. Mas na mecânica quântica, não há apenas quantidades que não podem ser conhecidas antecipadamente, há um indeterminismo fundamental inerente à teoria.
O padrão de onda para elétrons passando por uma fenda dupla. Se você medir por qual fenda o elétron passa, você destrói o padrão de interferência quântica mostrado aqui. Crédito da imagem: Dr. Tonomura e Belsazar do Wikimedia Commons, sob c.c.a.-s.a.-3.0.
Quanto melhor você medir e conhecer a posição de uma partícula, menos conhecido será seu momento. Quanto menor o tempo de vida de uma partícula, mais intrinsecamente incerta é sua energia de repouso (ou seja, sua massa). E se você medir sua rotação em uma direção ( x , e , ou com ), você destrói inerentemente informações sobre ele nos outros dois. Mas, em vez de aceitar esses fatos auto-evidentes e tentar reinterpretar como vemos fundamentalmente os quanta que compõem nosso Universo, Einstein insistiu em vê-los em um sentido determinista, alegando que deve haver variáveis ocultas em andamento. É discutível que a razão pela qual os físicos ainda brigam sobre as interpretações preferidas da mecânica quântica está enraizada no pensamento mal motivado de Einstein, em vez de simplesmente mudar nossos preconceitos sobre o que realmente é um quantum de energia. SMBC tem uma boa história em quadrinhos ilustrando isso .
As partículas e forças do Modelo Padrão. Crédito da imagem: Projeto de Educação Física Contemporânea / DOE / NSF / LBNL, via http://cpepweb.org/ .
4.) Einstein manteve sua abordagem equivocada da unificação até sua morte, apesar da evidência esmagadora de que era inútil. A unificação na ciência é uma ideia que remonta bem antes de Einstein. A ideia de que toda a natureza pode ser explicada pelo menor número possível de regras ou parâmetros simples fala do poder de uma teoria, e a simplicidade é um fascínio tão forte quanto a ciência já teve. A lei de Coulomb, a lei de Gauss, a lei de Faraday e os ímãs permanentes podem ser explicados em uma única estrutura: o eletromagnetismo de Maxwell. O movimento dos corpos terrestres e celestes foi explicado pela primeira vez pela gravitação de Newton e depois ainda melhor pela Relatividade Geral de Einstein. Mas Einstein queria ir ainda mais longe e tentou unificar a gravitação e o eletromagnetismo. Na década de 1920, muito progresso foi feito, e Einstein seguiria isso pelos próximos 30 anos.
Glashow, Salam e Weinberg na cerimônia do Prêmio Nobel em 1979 pela unificação eletrofraca. Imagem cortesia de http://manjitkumar.wordpress.com .
Mas os experimentos revelaram algumas novas regras significativas, que Einstein ignorou sumariamente em sua obstinada busca de unificar essas duas forças. As forças nucleares fraca e forte obedeceram a regras quânticas semelhantes ao eletromagnetismo, e a aplicação da teoria de grupos a essas forças quânticas levou à unificação que conhecemos no Modelo Padrão. No entanto, Einstein nunca seguiu esses caminhos ou mesmo tentou incorporar as forças nucleares; ele permaneceu preso à gravidade e ao eletromagnetismo, mesmo quando relações claras estavam surgindo entre os outros. As evidências não foram suficientes para fazer com que Einstein mudasse de rumo. Hoje, a imagem da força eletrofraca foi confirmada, com as Teorias da Grande Unificação (GUTs) adicionando teoricamente a força forte às obras e a teoria das cordas, finalmente, nas escalas de energia mais altas, como a principal candidata a trazer a gravidade para a dobra. Como Oppenheimer disse sobre Einstein,
Durante todo o fim de sua vida, Einstein não fez nada de bom. Ele deu as costas aos experimentos... para perceber a unidade do conhecimento.
Até os gênios erram com mais frequência. Seria bom para todos nós lembrarmos que cometer erros é normal; é deixar de aprender com eles que deveria nos envergonhar.
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