O que é a Relatividade?

Albert Einstein era famoso por muitas coisas, mas a sua maior criação é a teoria da relatividade. Ela mudou para sempre nossa compreensão do espaço e do tempo.

O que é a relatividade? Sucintamente dito, é a noção de que as leis da física são as mesmas em todos os lugares. Nós aqui na Terra obedecemos às mesmas leis de luz e gravidade que alguém num canto distante do universo.

A universalidade da Física significa que a história é provinciana. Diferentes espectadores verão o tempo e o espaçamento dos eventos de forma diferente. O que para nós é um milhão de anos pode ser apenas um piscar de olhos para alguém voando em um foguete de alta velocidade ou caindo em um buraco negro.

É tudo relativo.

Relatividade especial

A teoria de Einstein é dividida em relatividade especial e geral.

A relatividade especial veio primeiro e é baseada na velocidade da luz sendo constante para todos. Isso pode parecer bastante simples, mas tem consequências de longo alcance.

Einstein chegou a esta conclusão em 1905 após evidências experimentais mostrarem que a velocidade da luz não mudou à medida que a Terra girava ao redor do sol.

Este resultado foi surpreendente para os físicos porque a velocidade da maioria das outras coisas depende da direção que o observador está se movendo. Se você dirigir seu carro ao longo de uma linha férrea, um trem chegando até você parecerá estar se movendo muito mais rápido do que se você se virasse e o seguisse na mesma direção.

Einstein disse que todos os observadores medirão a velocidade da luz a 186.000 milhas por segundo, não importa a velocidade e a direção em que estejam se movendo.

Esta máxima levou o comediante Stephen Wright a perguntar: “Se você está em uma nave espacial que está viajando à velocidade da luz, e você liga os faróis, acontece alguma coisa?”

A resposta é que os faróis se acendem normalmente, mas apenas da perspectiva de alguém dentro da nave espacial. Para alguém que está lá fora a ver a nave voar, os faróis não parecem acender: a luz sai mas está a viajar à mesma velocidade da nave.

Estas versões contraditórias surgem porque as réguas e os relógios – as coisas que marcam o tempo e o espaço – não são as mesmas para observadores diferentes. Se a velocidade da luz deve ser mantida constante como Einstein disse, então o tempo e o espaço não podem ser absolutos; eles devem ser subjetivos.

Por exemplo, uma nave de 100 pés de comprimento viajando a 99,99% a velocidade da luz aparecerá com um pé de comprimento para um observador estacionário, mas permanecerá seu comprimento normal para aqueles a bordo.

Talvez ainda mais estranho, o tempo passa mais devagar quanto mais rápido for. Se um gêmeo cavalga na nave espacial acelerada para alguma estrela distante e depois volta, ela será mais jovem que sua irmã que ficou na Terra.

Massa também depende da velocidade. Quanto mais rápido um objeto se move, mais massivo ele se torna. Na verdade, nenhuma nave espacial pode chegar a 100% da velocidade da luz porque sua massa cresceria até o infinito.

Esta relação entre massa e velocidade é muitas vezes expressa como uma relação entre massa e energia: E=mc^2, onde E é energia, m é massa e c é a velocidade da luz.

Relatividade geral

Einstein não foi feito perturbando a nossa compreensão do tempo e do espaço. Ele passou a generalizar sua teoria incluindo a aceleração e descobriu que isso distorcia a forma do tempo e do espaço.

Para ficar com o exemplo acima: imagine a velocidade da espaçonave disparando seus propulsores. Os que estão a bordo vão colar-se ao chão como se estivessem na Terra. Einstein alegou que a força que chamamos de gravidade é indistinguível de estar em uma nave em aceleração.

Esta por si só não foi tão revolucionária, mas quando Einstein trabalhou a matemática complexa (levou-lhe 10 anos), descobriu que o espaço e o tempo são curvados perto de um objecto maciço, e esta curvatura é o que experimentamos como a força da gravidade.

É difícil imaginar a geometria curva da relatividade geral, mas se pensarmos no espaço-tempo como uma espécie de tecido, então um objecto maciço estica o tecido circundante de tal forma que qualquer coisa que passe perto já não segue uma linha recta.

As equações da relatividade geral prevêem uma série de fenómenos, muitos dos quais já foram confirmados:

• curvatura da luz em torno de objectos maciços (lente gravitacional)
• uma evolução lenta na órbita do planeta Mercúrio (precessão do periélio)
• arrastamento do espaço-tempo em torno de corpos em rotação
• enfraquecimento da luz escapando à atração da gravidade (redshift gravitacional)
• ondas gravitacionais (ondulações no espaço…tempo tecido) causado por quebra-cósmica
• a existência de buracos negros que prendem tudo incluindo a luz

A deformação do espaço-tempo em torno de um buraco negro é mais intensa do que em qualquer outro lugar. Se a gêmea que vive no espaço caísse num buraco negro, ela seria esticada como esparguete.

Felizmente para ela, tudo acabaria em poucos segundos. Mas a sua irmã na Terra nunca veria o fim – vendo a sua pobre irmã a afundar-se gradualmente em direcção ao buraco negro ao longo da era do universo.