Outra revolução no espaço-tempo

Publicado no AOL-Educação em 22/02/2005

O ano de 1905 foi considerado pela maioria dos historiadores da Ciência como o “ano miraculoso de Einstein”. Como citei em colunas anteriores, os artigos que ele publicou naquele ano seriam mais do que suficiente para que Einstein fosse considerado um dos maiores físicos de todos os tempos. Entretanto, uma revolução maior ainda estava por vir. Einstein faria talvez o maior esforço intelectual realizado por apenas um homem ao ampliar os limites da Teoria da Relatividade Restrita.

A Teoria da Relatividade Geral (TRG), como ficou conhecida, ampliou os resultados da a teoria de 1905 que descrevia apenas as situações que ocorriam em referenciais inerciais para também referencias que sofrem aceleração. Como conseqüência, ele criou uma nova teoria para a Gravitação.

Einstein elaborou em 1911 o “Princípio da Equivalência” que foi o ponto de partida para a TRG. Esse princípio mostra que é impossível distinguirmos fisicamente a ação de uma força qualquer sobre um corpo da ação de um campo gravitacional. Por exemplo, todos já vimos imagem dos astronautas flutuando no espaço. A explicação comum é que os astronautas estão “sem gravidade”. Essa afirmação, para ser correta, depende do ponto de vista do observador. No interior da espaçonave a sensação é que lá não existe a gravidade. Entretanto, para quem está na superfície da Terra a impressão é que os astronautas estão caindo. A espaçonave nunca atinge o solo, pois na medida que ela cai, a superfície da Terra (que é curva) se afasta na mesma proporção. Deste ponto de vista o que se observa é que existe a gravidade atraindo os astronautas.

Da mesma maneira, se a espaçonave está viajando no espaço longe da influência gravitacional de qualquer objeto celeste, mas com uma aceleração igual a aceleração da gravidade terrestre (9,8 m/s²), os seus ocupantes terão a mesma sensação da existência de um campo gravitacional, como estivessem na superfície da Terra. Perceberão que ao subir em uma balança o seu peso será mesmo que foi medido em um balança na Terra. Novamente, será impossível distinguir a diferença entre as duas situações.

A principal conclusão dessas observações é que não há diferença entre os dois tipos de massa que existem. A massa que aparece na 2^a. Lei de Newton (F=ma), a massa inercial, é idêntica a massa que aparece na fórmula da força gravitacional (massa gravitacional). Em princípio, essas duas massas não deveriam ser iguais, pois estão relacionadas com fenômenos físicos diferentes, a inércia e a força de atração gravitacional.

A partir dessa idéia Einstein ampliou os conceitos da Teoria da Relatividade Restrita e introduzindo conceitos inovadores na Física. Ele propôs que o campo gravitacional é criado a partir da “curvatura do espaço e do tempo” provocada pela presença da massa e da energia. A grande síntese dessas idéias ocorreu em 1916, quando ele publicou a sua versão definitiva da TRG.

Essa teoria explicou fenômenos que teoria da gravitação de Newton não conseguia explicar. O primeiro foi relativo ao movimento do planeta Mercúrio ao redor do Sol. Por séculos os astrônomos observaram que o periélio (o ponto da órbita do planeta que fica mais próximo do Sol) se deslocava com o passar do tempo. Acreditava-se que existia um planeta próximo de Mercúrio que provocaria esse efeito. Atualmente sabe-se que tal planeta não existe. Einstein conseguiu explicar o deslocamento do periélio de Mercúrio utilizando a TRG.

Outro efeito que Einstein previu foi o desvio que a luz deveria sofrer devido a gravidade. A própria teoria de Newton explicava esse efeito, mas o valor previsto era duas vezes maior do que o calculado pela TRG. Em 19 de maio de 1919, uma equipe de astrônomos ingleses fotografou, durante um eclipse total do Sol em Sobral, no Ceará, estrelas que apareciam próximas do Sol. Comparando a posição destas sem a influência gravitacional do Sol, verificou-se que a previsão de Einstein estava correta. A partir dessa descoberta Einstein se tornou mundialmente conhecido.

Atualmente os conceitos da TRG são empregados em algumas tecnologias como a do sistema de localização por GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamento Global). Este sistema utiliza satélites com relógios atômicos que devem estar perfeitamente sincronizados. Como previsto pelo a TRG, o tempo também é influenciado pela ação da gravidade. Como os satélites se encontram em distâncias diferentes da Terra os efeitos da gravidade tornam-se relevantes e precisam ser considerados. Se não fossem não se conseguiria a precisão que esse sistema possui atualmente.

A TRG foi uma das maiores revoluções da Física. Ela e a Mecânica Quântica são os dois pilares fundamentais da Física atual. Entretanto essas duas teorias não podem ser aplicadas simultaneamente para descrever algumas situações físicas, como o interior de buracos negros e o instante inicial do universo (Big-Bang). Para isso os físicos ainda buscam uma nova teoria que possa explicar essas situações. Quando isso acontecer teremos novamente uma revolução, talvez não tão silenciosa, no espaço e no tempo.