Relendo Einstein sobre radiação

Daniel Kleppner
2005 Revista Brasileira de Ensino de Física  
Os conceitos de emissão espontânea e emissão estimulada são bem conhecidos do artigo de Einstein de 1917 sobre radiação. No entanto, sua teoria da radiação contém muitos outros conceitos. O artigoé um tesouro da física. Palavras-chave: teoria da radiação, Albert Einstein, história da física. The concepts of spontaneous and stimulated emission are well known from Einstein's 1917 paper on radiation, but his theory of radiation comprises many other concepts. The paper is a treasure trove of
more » ... ure trove of Physics. Albert Einstein tinha um talento genial para extrair teoria revolucionária de simples considerações: do postulado de uma velocidade universal, ele criou a relatividade especial; do princípio da equivalência, ele criou a relatividade geral; de argumentos elementares baseados em estatística, ele descobriu os quanta de energia. Seu artigo de 1905 sobre a quantização do campo de radiação (frequentemente referido, de maneira imprecisa, como o artigo do efeito fotoelétrico) foi construído com base em argumentos estatísticos simples e, nos anos subseqüentes, ele voltou repetidamente a questões centradas na estatística e nas flutuações térmicas. Em 1909, Einstein mostrou que flutuações estatísticas nos campos de radiação térmica exibem ambos os comportamentos do tipo partícula e do tipo onda; foi dele a primeira demonstração do que se tornaria mais tarde o princípio da complementaridade. Em 1916, quando se voltou para a relação entre a matéria e a radiação para criar uma teoria quântica da radiação, ele mais uma vez baseou seus argumentos em estatística e flutuações. A teoria de Einstein da radiaçãoé um tesouro da física, onde podemos perceber as sementes da eletrodinâmica e daóptica quânticas, a invenção dos masers e dos lasers e desenvolvimentos posteriores, tais como o resfriamento deátomos, a condensação de Bose-Einstein e a eletrodinâmica quântica em cavidades. Nossa compreensão dos cosmos deve-se quase que inteiramenteàs imagens trazidas até nós pela radiação do espectro eletromagnético. A teoria de Einstein da radiação descreve os processos fundamentais pelos quais as imagens são formadas. O artigo de Einstein de 1905 sobre a quantização equipou a hipótese do quantum de Max Planck com realidade física. Os osciladores para os quais Planck havia proposto a quantização de energia eram fictícios e sua teoria da radiação do corpo negro carecia de conseqüências físicasóbvias. Mas o campo de radiação para o qual Einstein propôs a quantização de energia era real e sua teoria tinha conseqüências físicas imediatas. Seu artigo, publicado em março, foi o primeiro do seu ano maravilhoso. Em rápida sucessão, publicou trabalhos sobre o movimento browniano, relatividade especial e sua teoria quântica do calor específico dos sólidos. Em 1907, seu interesse se deslocou para a gravidade, e fez a primeira tentativa na direção de uma teoria da relatividade geral. Sua luta com a teoria da gravidade o consumiu integralmente até novembro de 1915, quando obteve finalmente equações satisfatórias para o campo gravitacional. Durante esses anos de luta, contudo, Einstein aparentemente tinha uma insatisfação latente com sua compreensão da radiação térmica, pois em julho de 1916, ele voltou ao problema de como a radiação atinge o equilíbrio térmico. Pode-se argumentar que, em 1916, era muito cedo para enfrentar aquele problema porque existiam sérios obstáculos conceituais a criação de uma teoria consistente. Einstein, de modo olimpíco, simplesmente os ignorou. Nos próximos oito * Artigo publicado originalmente na revista Physics Today 58, 30 (2005). Tradução
doi:10.1590/s0102-47442005000100009 fatcat:v54ni4ffxzfmvkokpenhnwsqhu