Medição de partículas brownianas revela erro de Einstein

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2010

Uma esfera de sílica de 5 micrômetros de diâmetro é levitada no ar por um único feixe de laser vindo de baixo. Esta armadilha óptica é formada pelo equilíbrio entre a força do laser, agindo de baixo para cima, e a ação da gravidade, puxando a esfera para baixo.
[Imagem: Tongcang Li]

Erros de Einstein

Em 1905, Albert Einstein não publicou apenas a sua Teoria da Relatividade Restrita.

Em um artigo que já bastaria para tê-lo colocado na história da física, ele estudou o chamado movimento Browniano, afirmando ser impossível observar a velocidade instantânea de partículas muito pequenas porque elas se agitam e vibram o tempo todo.

Mas uma equipe de cientistas da Universidade do Texas, nos Estados Unidos, afirma ter provado que Einstein estava errado nessa afirmação - não em sua teoria, mas em sua afirmação de que o experimento não poderia ser realizado.

Aparentemente, Einstein era melhor físico do que profeta.

Medição do movimento Browniano

"Esta é a primeira observação da velocidade instantânea de uma partícula Browniana," afirma Mark Raizen, coordenador da equipe. "Era uma previsão de Einstein que se manteve sem verificação por 100 anos. Ele propôs um teste para observar a velocidade em 1907, mas afirmou que o experimento não poderia ser realizado."

Certamente isso era verdade em 1907. Vale lembrar que as suas teorias já eram inovadoras e bem fundamentadas o bastante para fazer com que os físicos aceitassem definitivamente a existência de átomos e moléculas, algo extremamente controverso na época.

Se propor que essas partículas poderiam ser observadas diretamente no futuro já poderia ser considerado algo próximo a uma alucinação - os céticos da época eram muito tenazes em suas oposições - Einstein teria sido definitivamente internado em um sanatório se tivesse dito que partículas de vidro um dia poderiam ser presas e suspensas no ar por pinças ópticas.

Mas foi justamente isso o que os pesquisadores fizeram agora.

Levitação de partículas

Configuração do experimento que permitiu a medição do movimento browniano de uma partícula.
[Imagem: Li et al./Science]

Usando dois feixes de laser para segurar as partículas no ar, os cientistas usaram uma placa - um transdutor - para gerar vibrações ultrassônicas e sacudi-las de forma aleatória e em alta velocidade, simulando a vibração das moléculas.

O ar é um meio menos denso do que um líquido, o que torna as colisões entre as partículas menos frequentes e, portanto, suas variações de direção demoram mais para ocorrer.

Isso permitiu que as variações impostas pelo movimento da partícula na luz do laser pudessem ser medidas com precisão a cada 5 microssegundos.

Teorema da Equipartição

As medições foram suficientes para demonstrar que o chamado Teorema da Equipartição permanece válido para a previsão do movimento browniano de uma partícula. Este teorema é um dos fundamentos básicos da chamada mecânica estatística.

Em seu trabalho de 1907, Einstein previu que a energia cinética de uma partícula é proporcional à temperatura do seu meio - o Teorema da Equipartição - e não de sua massa ou tamanho.

Foi a verificação experimental dessa ideia que ele afirmou ser "impossível", porque o número imenso de colisões que as partículas brownianas sofrem faz com que sua direção e velocidade mudem rápido demais.

Novos problemas e novas soluções

Os cientistas afirmam que o experimento abre o caminho para que as partículas em movimento possam ser levadas até próximo ao seu estado quântico, que poderá ser observado diretamente.

"Nós agora observamos a velocidade instantânea de uma partícula Browniana," diz Raizen. "Em certo sentido, estamos fechando uma porta sobre esse problema na física. Mas nós estamos de fato abrindo uma outra porta muito mais larga para futuros testes do Teorema da Equipartição em nível quântico."

O cientista acredita que, no nível quântico, o Teorema da Equipartição falhará, levando a novos problemas e à busca de outras soluções para a mecânica quântica das partículas muito pequenas, mas compostas de muitos átomos.

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