Por José Wemerson Farias Lima

Há pouco mais de 100 anos, uma fórmula enganosamente simples revelou uma unidade escondida nas profundezas do Universo, que trata de uma ligação entre energia, matéria e luz. Seu autor foi o jovem chamado Albert Einstein, que desenvolveu a equação mais famosa do mundo: E = mc². Em uma compreensão surpreendente, ele uniu o trabalho de muitos de seus antecessores anteriores a ele, cientistas que tinham lutado e até morrido para criar cada parte da equação. A história de E = mc² começa muito antes de Einstein, com a descoberta da energia E.

No início do século XIX, os cientistas não pensavam no aspecto da energia, pensavam no aspecto dos poderes individuais ou forças, que para a época eram eventos totalmente desconectados. A ideia de que poderia haver algum tipo de energia unificadora por trás de todas essas forças ainda teria de ser determinada. Em 1821, cientistas da Royal Society observavam os efeitos da eletricidade sobre um ímã, o primeiro vislumbre de duas forças que anteriormente eram vistas como totalmente separadas, mas que se revelariam interligadas, como comprovado pelo jovem Michael Faraday. E então Faraday realizou a experiência do século: fazer com que um fio girasse me torno de um ímã fixo, que embora na época não tenha percebido, Faraday também tinha acabado de demonstrar um princípio abrangente, no qual os produtos químicos da bateria tinham se transformados em eletricidade no fio, que tinha se combinado com o imã para produzir movimento. Por trás de todas essas várias forças existia uma energia em comum.

As novas concepções sobre energia estavam surgindo, mas décadas antes disso, o cientista francês Antoine Lavoisier explicava como a massa se comportava mediante transformações químicas e observava que em qualquer transformação nenhuma quantidade de matéria era perdida, concluindo que a natureza era um sistema fechado, em que nada se perdia nem criava, mas tudo se transformava. Um século depois, toda a natureza era classificada em dois grandes domínios: havia a energia, as forças que animavam objetos e havia a massa, a matéria física que compunha esses objetos. Toda a ciência do século XIX baseava-se nesses pilares, assim as leis que governavam um não se aplicava ao outro, mas o jovem estudante de física Albert Einstein não gostava de conceitos fechados.

Sabe-se a partir de suas cartas, que Einstein era obcecado pela natureza da luz e todos com quem falava e se relacionava eram incomodados com a pergunta: o que é a luz? Foi a incansável busca de Einstein que levaria a uma revolução na ciência, com a luz ele reinventaria as leis do Universo e encontraria um caminho escondido que uniria energia e massa.

Bem antes do século XIX, os cientistas calcularam a velocidade da luz, que é de aproximadamente incríveis 300 milhões de metros por segundo, e por isso que os cientistas utilizam o termo c, do termo celeritas, rapidez em latim, que representa a velocidade da luz no vácuo. Mas como ainda não se sabia ao certo o que era a luz, Faraday decidiu fazer uma conjuntura, alegando que a luz era apenas uma forma das linhas do eletromagnetismo, e por quinze anos ele tentou convencer os céticos de que a luz era uma onda eletromagnética, mas faltava-lhe a matemática avançada para comprovar sua ideia.

O professor James Clerk Maxwell acreditava na intuição de Faraday e tinha habilidade matemática para comprovar isso. Então Maxwell e o já idoso Faraday tornaram-se amigos e assim Maxwell comprovou matematicamente que a eletricidade ao longo de um fio gerava magnetismo e quando um ímã se movia, gerava eletricidade, mostrando que esses fenômenos só poderiam ocorrer a uma velocidade determinada, 1 bilhão e 79 milhões de quilômetros por hora, a velocidade da luz, provando que a luz era uma onda eletromagnética.

Havia um último ingrediente matemático que Einstein precisava realizar, o processo de elevar ao quadrado. Para tanto, essa contribuição crucial viria de uma fonte inusitada, a aristocrata filha de um dos cortesãos do rei Luiz XIV, Émilie du Châtelet. De certa forma, ela era uma mulher descolocada do seu tempo e lugar, uma filósofa, matemática e cientista, que não se reprimia por ser uma mulher em meio de tantos homens na ciência. Com suas ideias, ousou suspeitar que havia uma falha no pensamento de Isaac Newton, de que a energia de um objeto, a força com a qual ele colide com outro objeto pode ser simplesmente justificada por sua massa vezes a sua velocidade. Em correspondência com cientistas da Alemanha, du Châtelet aprendeu outra visão, a de Gottfried Wilhelm Leibniz. Ele propunha que objetos em movimento tinham um tipo de espírito interior, ao qual ele chamara de vis viva, força viva em latim, acreditando que a energia de um objeto estava relacionada com sua massa e sua velocidade, esta agora ao quadrado. Émilie comprovou empiricamente as suposições de Leibniz, fazendo a primeira relação corrente entre energia, massa e velocidade.

Einstein aceitou como um fato o que Maxwell dizia, que a velocidade da luz não se alterava, então adaptou tudo que conhecia sobre o Universo para se adequar à velocidade fixa da luz, e ele descobriu que para fazer isso seria necessário retardar o tempo. Antes disso, os físicos pensavam que o tempo batia com um ritmo estável em todo o Universo, independente de onde estivesse.

O ano de 1905 foi um ano milagroso para Einstein e para a Física, começou com a publicação de um ensaio sobre como descobrir o verdadeiro tamanho dos átomos, dois meses depois publicou um ensaio sobre a natureza da luz, com o qual ele ganhou o prêmio Nobel da Física, o terceiro ensaio apenas um mês depois foi sobre como as moléculas se movem quando aquecidas, o quarto ensaio foi publicado ainda no mesmo ano, nele Einstein expõe sua teoria da luz, tempo e espaço, mostrando ao mundo a Relatividade Especial. No mesmo ano Einstein publicou seu quinto ensaio intitulado “Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?” – “A inércia de um corpo depende da sua quantidade de energia?“, que em três páginas afirmou que a energia e a massa estavam ligadas pelo quadrado da velocidade da luz, E = mc². Enderenço do artigo sobre o quinto ensaio de Einsten citado nesse parágrafo: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.19053231314/pdf.

Referências: 

Albert Einstein - A TEORIA DA RELATIVIDADE. Texto original: Albert Einstein. Tradução do alemão: Silvio Levy. L&PM, 2016.

Curso introdutório de Relatividade Restrita. Autor desconhecido .Disponível em : http://www.fisica.net/relatividade/a_relacao_entre_a_massa_e_a_energia.php. Acesso em: 20 de fevereiro de 2017.

Émilie du Châtelet: a mulher que a ciência esqueceu. Jessica Nunes. Disponível em: http://www.universoracionalista.org/emilie-du-chatelet-a-mulher-que-a-ciencia-esqueceu/. Acesso em: 20 de fevereiro de 2017.

Hoje na História: 1831 – Físico Michael Faraday descobre a indução eletromagnética. Max Altman. Disponível em: http://operamundi.uol.com.br/conteudo/noticias/14705/conteudo+opera.shtml. Acesso em: 20 de fevereiro de 2017.

Physics: Eletromagnetic Waves Field Theory. Space and Moution Disponível em: http://www.spaceandmotion.com/physics-electromagnetic-waves-field-theory.html. Acesso em: 20 de fevereiro de 2017.