Entenda de vez as teorias da relatividade de Einstein

A primeira coisa que você precisa saber para continuar essa leitura é que eu não sei nada sobre as teorias da relatividade de Albert Einstein – além do fato, claro, de que foi Einstein que as escreveu e que elas têm a ver com relatividade. Mas se você me acompanhar neste texto, há uma boa chance de nós aprendermos alguma coisa juntos.

"Dando uma geral"

A teoria da relatividade de Einstein se divide em duas: a geral (publicada em 1915) e a especial (publicada em 1905). São teorias de como nós devemos interpretar o movimento entre pontos no espaço e no tempo, e como a matéria dobra (ou curva) o espaço-tempo continuamente, causando o que percebemos como gravidade.

Juntas, elas formam uma das mais importantes teorias da física, postuladas por um ex-examinador assistente de patentes científicas que não usava meias porque percebeu que o dedão do pé fazia buraco nelas.

Princípios da teoria especial da relatividade

As leis da física são as mesmas para qualquer observador que se movimente a uma velocidade constante.

A velocidade da luz é a mesma de todos os pontos de vista, independente de como o observador se move em relação à fonte de luz.

Princípios da relatividade geral

As "equações de campo" de Einstein mostraram como a gravidade se comporta reagindo à matéria no espaço-tempo.

O princípio da covariância estabelece que as leis da física devem adotar a mesma forma em todos os marcos de referência.

Pense em tempo, espaço e movimento

Você deve estar pensando que a teoria geral veio antes, como se fosse uma "ideia geral" sobre a ideia em si. Só que a teoria especial chegou primeiro. Tem esse nome porque inclui um "caso especial" de estudo, em que o movimento é uniforme – um objeto viajando numa velocidade constante e em linha reta (um passageiro de um trem, por exemplo).

A relatividade especial nos revelou que coisas estranhas e fantásticas, como o fato de que relógios em movimento batem mais lentos, e que um veículo em movimento fica menor.

A constatação nos deu uma das equações mais famosas de todos os tempos: E=mc². De acordo com a fórmula, energia e massa são equivalentes. A inércia newtoniana, nesse caso, é usada como referência.

A relatividade geral, por outro lado, lida com a não-inércia – situações que envolvem aceleração, curvas, ou uma ondulação na estrada. Ela explica um "caso geral", em que qualquer movimento forma a base do que entendemos como gravidade.

A teoria geral mencionou coisas radicais, como "a luz que é desviada pela gravidade". Ela também previu a existência de buracos negros. E afirmou ainda que espaço e tempo são maleáveis e flexíveis, como se pudessem mudar de tamanho dependendo da circunstância. O que basicamente previu que o nosso universo está se expandindo desde sempre.

Uma pausa rápida para respirar

Já deu para perceber que a teoria de Einstein é complexa. Tão complexa que não importa quantas listas façamos, jamais faremos jus ao conteúdo produzido por ele. Mesmo se colocássemos aqui todos os pontos importantes, você ainda teria que entender o vocabulário complicado. Eu também.

A equipe do Futurando! tenta explicar as percepções do gênio. Assista ao vídeo:

Além da curva

A teoria da relatividade restrita faz uma ligação entre espaço e tempo – tentando traduzir: o universo tem três dimensões e a quarta seria o tempo. Se juntarmos tudo, temos então o conceito de espaço-tempo.

Na teoria geral (a que veio depois), Einstein avançou. Ele descreveu a interação entre matéria e o espaço-tempo e como a matéria curva esse espaço-tempo (veja o gráfico abaixo).

Luz

Até Einstein, acreditava-se que o tempo passava de uma forma linear e constante. O gênio virou tudo de cabeça para baixo ao afirmar que o que era constante era a velocidade da luz e não o tempo.

Dilatação do tempo

O tempo é uma das coisas mais difíceis de serem compreendidas e explicadas. Mas vamos tentar.

A dilatação do tempo é citada na teoria especial da relatividade. Ela só fica evidente quando objetos viajam perto da velocidade da luz. Portanto, é difícil – embora não impossível – obter exemplos no dia a dia. Mas a teoria diz que dois objetos em movimento vão experimentar a passagem do tempo de forma diferente. Isso também ocorre com dois objetos em campos gravitacionais diferentes.

Então, por exemplo, um relógio em terra firme e um relógio dentro de um avião batem em ritmos diferentes. O sistema de GPS funciona por conta dos cálculos de Einstein. Ele leva em consideração a dilatação do tempo para compensar a diferença de tempo entre os aparelhos na Terra e os satélites em órbita.

Testando a teoria geral da relatividade

Em sua teoria geral da relatividade, Einstein determinou a extensão em que a luz se curva. Quatro anos após as teorias terem sido publicadas, o astrônomo britânico Arthur Eddington lançou uma expedição para observar a deflexão da luz pelo sol durante um eclipse em várias partes do mundo – inclusive no Brasil, em Sobral (CE). As observações de Eddington comprovaram as previsões de Einstein.

Rapidamente, as teorias de Einstein se tornaram quase universalmente aceitas. Bravos físicos tentaram desafiá-las, mas nenhum deles conseguiu até hoje.

Mais uma coisinha…

Einstein demorou mais de uma década para completar suas teorias da relatividade. Não há por que tentar reduzi-las a uma lista como esta, não importa o quanto a era da Internet molde a nossa percepção de espaço e tempo.