E=Mc2: O Que Significa A Equação Mais Famosa De Einstein?

A equação simples, mas poderosa, de Albert Einstein revolucionou a física conectando a massa de um objeto com sua energia pela primeira vez.

É talvez a equação mais famosa do mundo, e também uma das mais elegantes. A lendária equivalência de Einstein entre massa e energia, dada a fórmula simples E=mc^2, é familiar até mesmo para crianças em idade escolar.

Às vezes, ele simplesmente se destaca como um espaço reservado para a ciência — como em desenhos animados onde escrever E=mc^2 em um quadro-negro significa que há alguma física séria acontecendo. Mas a relação que a equação de Einstein faz alusão a subjacente às propriedades fundamentais do próprio universo. Massa é energia, energia é massa; a equação constrói uma ponte entre dois domínios aparentemente díspares.

A física subjacente à equação é apropriadamente inebriante e complexa. Mas para o resto de nós, o significado da fórmula de Einstein se resume em grande parte a uma coisa: há uma enorme quantidade de energia ligada dentro da matéria que nos rodeia. A equação iguala a energia de um corpo em seu referencial de repouso, o E no lado esquerdo da fórmula, à massa de um objeto multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado.

Como você provavelmente já sabe, a velocidade da luz é muito rápida. Os fótons fecham a cerca de 300.000.000 metros por segundo (ou cerca de 186.000 milhas por segundo). Agora multiplique isso por si só, ou quadrado, e o número fica surpreendentemente grande. A velocidade da luz ao quadrado é de 8,98755179 × 10^16 m^2/s^2 (Isso é 8,9 com 16 zeros atrás dela.)

Um equívoco comum em torno da fórmula de Einstein é que a massa pode ser convertida em energia. Isso não é realmente verdade, nem é o que Einstein quis dizer quando estabeleceu sua ideia revolucionária. Em vez disso, sua equação mostra que uma mudança na massa de um objeto requer uma mudança em sua energia. É a razão pela qual os produtos finais das reações nucleares juntos pesam menos do que seus átomos-mãe. Quando prótons e nêutrons se separam dos átomos durante a fissão nuclear, eles liberam energia. E, como sabemos de Einstein, isso é equivalente a massa.

É fácil ver que mesmo pequenas quantidades de matéria representam quantidades muito grandes de energia. Os seres humanos sentiram o gosto dessa energia assustadora quando inventamos a bomba atômica. A enorme quantidade de energia liberada pela arma nuclear Little Boy era equivalente à massa de menos de um grama de seu combustível radioativo. Isso é menos da metade do peso de um centavo.

Você não precisa de uma arma atômica para transformar massa em energia, é claro. Você extrai energia da matéria toda vez que acende uma vela (embora o mecanismo seja uma reação química, em vez de nuclear). Mas a luz e o calor que vêm de uma vela são apenas uma lasca da energia contida dentro. Uma única vela pode acender um jantar romântico, mas a energia equivalente a toda a massa interna seria suficiente para nivelar uma cidade inteira.

O Paradoxo dos Fótons

Embora a equação energia-massa possa parecer simples, existem alguns casos especiais que parecem desafiar suas suposições. Veja o caso de fótons, por exemplo. Essas partículas, que representam pacotes de luz, têm massa zero, mas ainda contêm energia. Tomando a equação de Einstein pelo valor nominal, isso parece ser impossível. Se mc^2 é zero, então E também deve ser zero. Mas sabemos que esse não é o caso.

O paradoxo é resolvido com uma versão ligeiramente expandida e menos conhecida da equação. Esta formulação adiciona momentum, ou p, e também o multiplica pela velocidade da luz. Escrito, a equação é: E^2=p^2c^2 + m^2c^4. No caso de um fóton, para o qual m=0, a equação se resume a E=pc. Como os fótons se movem à velocidade da luz, independentemente de onde os vemos, eles têm impulso e, portanto, energia. É um resultado que é confirmado por experimentos em física de partículas, que retornam resultados que só são consistentes se a equação energia-massa-momento for verdadeira para fótons.

O Poder de um Sinal Igual

Definir E igual a mc^2 permitiu a física mais poderosa e influente do século XX. Mas também foi uma espécie de salto lógico para o campo da física. Antes do trabalho de Einstein, os cientistas viam a energia e a massa como duas coisas totalmente separadas. A energia, seja como luz, calor ou outras formas era sua própria categoria, e a massa, algo mantido por toda a matéria, era outra. Embora massa e energia pudessem interagir entre si, nunca houve uma equivalência entre eles.

Mas com dois simples golpes de uma caneta, Einstein estabeleceu massa igual à energia, destruindo metaforicamente a parede entre os dois. Visto sob essa luz, é possível entender que objetos com mais massa também têm mais energia, e que adicionar (ou subtrair) massa também altera a quantidade de energia que ela representa.

A equação de Einstein prefaciou não apenas a bomba atômica, mas também a outras maneiras de aproveitar a energia nuclear. As usinas nucleares hoje utilizam os mesmos princípios científicos fundamentais que as armas nucleares. Pequenas “baterias” nucleares alimentam a nave espacial Voyager — ainda funcionando depois de mais de quatro décadas — e usinas nucleares de maior escala poderiam um dia fornecer energia aos astronautas lunares. E se a humanidade quebrar o assustador desafio científico de sustentar a fusão nuclear, teremos novamente que agradecer ao trabalho de Einstein.

https://www.discovermagazine.com/the-sciences/e-mc2-what-does-einsteins-most-famous-equation-mean