Martin J. Klein foi o primeiro historiador da ciência a reconhecer a importância das contribuições de Albert Einstein para a mecânica quântica e como elas foram negligenciadas nos anos que se seguiram ao desenvolvimento da "nova teoria quântica" por Werner Heisenberg , Max Born, Erwin Schrödinger e outros no final da década de 1920.

Em sua primeira contribuição, Klein comparou a física quântica de Einstein com seu trabalho sobre a relatividade.

O trabalho de Einstein sobre a relatividade gerou milhões de palavras em comentários e exposições em todos os níveis do discurso. Comparativamente, pouco foi escrito sobre suas investigações, ao longo de um quarto de século, na teoria da radiação e sua importância para nossa compreensão do mundo físico. E, no entanto, a ousadia e a clareza da visão de Einstein se manifestam tão caracteristicamente nesses estudos quanto em suas investigações mais famosas sobre a natureza do espaço e do tempo.

Primeiro artigo de Einstein sobre quanta, p. 60

Klein ainda não enfatiza que o trabalho de Einstein sobre física quântica estava sendo ignorado ou descartado pelos principais físicos da época, mas destaca o quão incomum foi a visão de Einstein sobre o dualismo entre teorias de campo contínuo e teorias de partículas discretas.

Esse dualismo entre partícula e campo provavelmente foi notado por outros além de Einstein, mas não há registro de que alguém tenha sugerido eliminá-lo da maneira drástica que Einstein propôs na época. (Eu sequer tenho conhecimento de que alguém mais tenha se incomodado com o dualismo naquele momento, embora ele já fosse um tema central na obra de Einstein.)

Primeiro artigo de Einstein sobre quanta, p. 62

Klein então se volta para o trabalho de Einstein de 1906 sobre calores específicos, que foi aceito por vários físicos como prova da importância da teoria quântica, embora não por suas ideias "muito revolucionárias" sobre o "quantum de luz". É citado como a solução para o problema dos calores específicos anômalos.

Assim como a "hipótese do quantum de luz" de Einstein foi amplamente ignorada até meados da década de 1920, embora o artigo de 1905 seja sempre citado por sua explicação do "efeito fotoelétrico", Klein nos diz que Einstein estava usando o calor específico como uma aplicação de uma compreensão muito mais profunda da teoria quântica. Einstein observou níveis de energia ou "estados", com transições entre eles que ele chamou de "saltos", absorvendo ou emitindo um quantum de energia hν , muito antes do átomo de Bohr de 1913.

Klein começa citando Einstein.

Devemos agora assumir que, para íons que podem vibrar em uma frequência definida e que possibilitam a troca de energia entre radiação e matéria, a multiplicidade de estados possíveis deve ser mais restrita do que para os corpos em nossa experiência direta. Devemos, de fato, assumir que o mecanismo de transferência de energia é tal que a energia pode assumir apenas os valores 0, hv, 2hv, ..., nhv.

Einstein, calores específicos e a teoria quântica inicial, p. 175

Einstein percebeu que esses possíveis "estados" ocupam uma faixa de energia estreita. A maioria dos níveis de energia no contínuo clássico não seria acessível. A energia não pode ser absorvida a menos que a quantidade hν corresponda exatamente à diferença de energia entre o nível fundamental e o nível excitado. Isso antecipa claramente os "estados estacionários" e os saltos quânticos do modelo atômico de Niels Bohr, seis anos depois.

Einstein descobriu que nem todas as transições radiativas na matéria são possíveis, e que as transições possíveis possuem uma faixa estreita de energias porque os estados ou níveis disponíveis são estreitos.

Diz-se que alguns "graus de liberdade" na matéria ficam "congelados" abaixo de uma certa temperatura. As oscilações vibracionais das moléculas e as vibrações dos íons na matéria sólida requerem um mínimo de energia abaixo do qual não conseguem absorver calor. Assim que a temperatura sobe até que a energia média E = kT ( onde k é a constante de Boltzmann) atinja a energia do estado quântico, a energia pode ser absorvida por esse grau de liberdade.

Klein afirma que o artigo de Einstein é descrito de forma inadequada por aqueles que o denominam teoria quântica dos sólidos. Einstein se preocupa com aparentes violações do princípio da equipartição da energia, um fundamento da física clássica.

Seria mais preciso dizer que o artigo foi escrito para demonstrar que existia, ou teria de existir, uma teoria quântica, e que a gama de fenômenos que poderiam ser esclarecidos por tal teoria incluía as propriedades da matéria, bem como as da radiação. Einstein estava mostrando, de uma nova maneira, o quão profundamente os fundamentos da física clássica haviam sido abalados.

ibid. , p.175

Klein cita Marcel Brillouin, que teria dito na primeira Conferência Solvay (em 1911):

"Parece certo que, daqui para frente, teremos que introduzir em nossas ideias físicas e químicas uma descontinuidade, algo que muda em saltos, algo de que não tínhamos a menor noção há alguns anos."

ibid. , p.178

Assim, os "saltos quânticos" causados por transições radiativas descontínuas entre níveis de energia discretos na matéria, que associamos ao "átomo de Bohr", já eram bem conhecidos pelo menos um ano antes de Bohr se deparar com a fórmula da série de Balmer para linhas espectrais no hidrogênio. Sabe-se que Bohr estudou atentamente a Conferência de Solvay de 1911.

Em seu terceiro artigo sobre Einstein na década de 1960, Klein mostrou que Einstein havia explicado a dualidade onda-partícula quase duas décadas antes de a mecânica ondulatória de Erwin Schrödinger e a mecânica matricial de Werner Heisenberg disputarem a melhor explicação da teoria quântica.

Klein lamentou a grande simplificação excessiva da história da teoria quântica que resultou do foco no trabalho de Niels Bohr de 1913.

A forma mais comum que a simplificação excessiva assume é uma concentração quase exclusiva nos problemas da estrutura atômica e dos espectros atômicos, desde o trabalho de Bohr em 1913 até a nova mecânica quântica de 1925-26...

Os problemas não eram de estrutura atômica, mas sim da natureza dual da radiação e das propriedades dos gases. Os métodos não eram tanto os da "antiga teoria quântica", mas sim os da mecânica estatística. E o gênio que presidiu e o principal guia não foi Bohr, mas Einstein. Essa é a linha de raciocínio que levou à mecânica ondulatória de Schrödinger.

Einstein e a dualidade onda-partícula , pp. 3-4

Em sua última grande obra sobre Einstein, parte da coleção Harvard Einstein: A Centenary Volume , de 1979, Klein tentou enfatizar as grandes contribuições de Einstein para a teoria quântica, mesmo que tenha permanecido um crítico.

Quando a nova física quântica foi desenvolvida, Einstein a recebeu com ceticismo, embora tivesse contribuído tanto quanto qualquer outra pessoa para sua criação. Ele reconheceu seus grandes sucessos, mas nunca a aceitou como a nova teoria fundamental que alegava ser.

Einstein: Um Volume do Centenário , p. 134

Após um resumo abrangente do trabalho de Einstein sobre a teoria quântica, Klein retratou Einstein como alguém que estava em desacordo com quase todos no novo campo da mecânica quântica.

Ele jamais aceitou a finalidade da renúncia da causalidade pela mecânica quântica, ou sua pretensão de ser a nova teoria fundamental. Da Conferência Solvay de 1927, onde a síntese da mecânica quântica teve sua primeira grande discussão, até o fim de sua vida, Einstein nunca parou de questionar essa nova abordagem da física. Inicialmente, ele tentou propor experimentos conceituais que comprovassem a inconsistência lógica da mecânica quântica, mas todas essas tentativas foram refutadas com sucesso por Bohr e seus colaboradores. Em 1935, Einstein começou a enfatizar outra limitação básica da mecânica quântica, como ele a via. Ele argumentou que sua descrição da realidade física era essencialmente incompleta, que havia elementos da realidade física que não tinham correspondentes na teoria. A resposta de Bohr a isso foi rejeitar o critério de Einstein para a realidade física como ambíguo e afirmar que somente através de seu próprio princípio da complementaridade seria possível chegar a um critério de completude experimentalmente significativo.

Einstein reconheceu o poder da mecânica quântica, chamando-a de "a teoria física mais bem-sucedida de nosso tempo", mas não a admitiu como base para a física teórica. Ele se recusou a abandonar a ideia de que existia algo como "o estado real de um sistema físico, algo que existe objetivamente independentemente da observação e da medição, e que pode, em princípio, ser descrito em termos físicos". Einstein estava convencido de que, quando uma teoria que fornecesse uma descrição física completa fosse desenvolvida, a posição da mecânica quântica no âmbito dessa futura física seria análoga à da mecânica estatística no âmbito da física clássica. Seria a teoria a ser usada quando apenas informações incompletas estivessem disponíveis ou quando apenas uma descrição incompleta fosse desejada.

Os colegas de Einstein só podiam lamentar que ele tivesse escolhido seguir um caminho diferente dos demais. Como escreveu Born: "Muitos de nós consideramos isso uma tragédia — para ele, que tateia em meio à solidão, e para nós, que sentimos falta de nosso líder e porta-estandarte". Para o próprio Einstein, a escolha era inevitável. Ele estava preparado para a "acusação" que lhe era feita, às vezes "da maneira mais amigável", mas outras vezes não: ele era acusado de "adesão rígida à teoria clássica". Mas, escreveu ele, não era tão fácil declarar culpa ou inocência dessa acusação "porque não é de forma alguma imediatamente claro o que se entende por 'teoria clássica'". A mecânica newtoniana era uma teoria clássica, mas não havia sido considerada uma candidata aceitável como a teoria fundamental subjacente à física desde a introdução da teoria de campos. As teorias de campos nunca foram concluídas — nem a teoria do eletromagnetismo de Maxwell, nem sua própria teoria da gravitação —, já que nunca foram estendidas para incluir as fontes do campo de forma não singular. Einstein admitiu ter aderido ao programa da teoria de campos, pois esperava que uma teoria de campos completa fornecesse a base para toda a física, oferecendo a descrição completa que lhe faltava na mecânica quântica, para a qual tanto contribuiu. Ele via toda a sua carreira como um esforço para criar uma nova base unificada para a física. Era isso que ele queria dizer quando encerrou sua autobiografia científica escrevendo que tentara mostrar "como os esforços de uma vida se interligam e por que levaram à expectativa de uma forma definida".

Einstein: Um Volume do Centenário , pp. 150-151

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Primeiro artigo de Einstein sobre quanta . The Natural Philosopher , 2(1963), 59-86.

Einstein e a dualidade onda-partícula . O Filósofo Natural , 1964. Bobs-Merrill

Einstein, calores específicos e a teoria quântica inicial . Science , 148(3667), 1965, 173-180.

A primeira fase do diálogo Bohr-Einstein , em Estudos Históricos em Ciências Físicas , Vol. 2 (1970), pp. iv, 1-39

Einstein e o desenvolvimento da física quântica , em Einstein: Um Volume do Centenário , Harvard University Press, 1979. A Primeira Fase do Diálogo Bohr-Einstein.

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