O que é a Teoria da Relatividade?

É a idéia mais brilhante de todos os tempos - e certamente também uma das menos compreendidas. Em 1905, o genial físico alemão Albert Einstein afirmou que tempo e espaço são relativos e estão profundamente entrelaçados. Parece complicado? Bem, a idéia é sofisticada, mas, ao contrário do que se pensa, a relatividade não é nenhum bicho-de-sete-cabeças. A principal sacada é enxergar o tempo como uma espécie de lugar onde a gente caminha. Mesmo que agora você esteja parado lendo a Mundo Estranho, você está se movendo - pelo menos, na dimensão do tempo. Afinal, os segundos estão passando, e isso significa que você se desloca pelo tempo como se estivesse em um trem que corre para o futuro em um ritmo constante. Até aí, nenhuma novidade bombástica. Mas Einstein também descobriu algo surreal ao constatar que esse "trem do tempo" pode ser acelerado ou freado. Ou seja, o tempo pode passar mais rápido para uns e mais devagar para outros. Quando um corpo está em movimento, o tempo passa mais lentamente para ele.

Se você estiver andando, por exemplo, as horas vão ser mais vagarosas para você do que para alguém que esteja parado. Mas, como as velocidades que vivenciamos no dia-a-dia são muito pequenas, a diferença na passagem do tempo é ínfima. Entretanto, se fosse possível passar um ano dentro de uma espaçonave que se desloca a 1,07 bilhão de km/h e depois retornar para a Terra, as pessoas que ficaram por aqui estariam dez anos mais velhas! Como elas estavam praticamente paradas em relação ao movimento da nave, o tempo passou dez vezes mais rápido para elas - mas isso do seu ponto de vista. Para os outros terráqueos, foi você quem teve a experiência de sentir o tempo passar mais devagar. Dessa forma, o tempo deixa de ser um valor universal e passa a ser relativo ao ponto de vista de cada um - daí vem o nome "Relatividade". Ainda de acordo com os estudos de Einstein, o tempo vai passando cada vez mais devagar até que se atinja a velocidade da luz, de 1,08 bilhão de km/h, o valor máximo possível no Universo.

A essa velocidade, ocorre o mais espantoso: o tempo simplesmente deixa de passar! É como se a velocidade do espaço (aquela do velocímetro da nave) retirasse tudo o que fosse possível da velocidade do tempo. No outro extremo, para quem está parado, a velocidade está toda concentrada na dimensão do tempo. "Einstein postulou isso baseado em experiências de outros físicos e trabalhou com as maravilhosas conseqüências desse fato", diz o físico Brian Greene, da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, autor do livro O Universo Elegante, um best seller que explica em linguagem simples as idéias do físico alemão. Mas as descobertas da Relatividade não param por aí. Ainda em 1905, Einstein concluiu que matéria e energia estavam tão entrelaçadas quanto espaço e tempo. Daí surgiu a célebre equação E = mc2 (energia = massa x a velocidade da luz ao quadrado), que revela que uma migalha de matéria pode gerar uma quantidade absurda de energia.

Por fim, em 1916, Einstein examinou a influência do espaço e do tempo na atração entre os corpos e redefiniu a gravidade - até então, a inquestionável física clássica de Isaac Newton (1642-1727) considerava apenas a ação da massa dos corpos. Sua Teoria da Relatividade, definida em uma frase dele mesmo, nos deixou mais próximos de "entender a mente de Deus".

Uma descoberta genialEinstein mostrou que espaço, tempo, massa e gravidade estão intimamente ligados

1 - Segundo o físico alemão Albert Einstein, tudo no Universo se move a uma velocidade distribuída entre as dimensões de tempo e espaço. Para um corpo parado, o tempo corre com velocidade máxima. Mas quando o corpo começa a se movimentar e ganha velocidade na dimensão do espaço, a velocidade do tempo diminui para ele, passando mais devagar. A 180 km/h, 30 segundos passam em 29,99999999999952 segundos. A 1,08 bilhão de km/h (a velocidade da luz), o tempo simplesmente não passa

2 - Uma conseqüência dessa alteração da velocidade do tempo é a contração no comprimento dos corpos. Segundo a Teoria da Relatividade Especial - a primeira parte da teoria de Einstein, elaborada em 1905 -, quanto mais veloz alguma coisa está, mais curta ela fica. Por exemplo: quem visse um carro se mover a 98% da velocidade da luz o enxergaria 80% mais curto do que se o observasse parado

3 - Na chamada Teoria Geral da Relatividade (a segunda parte do estudo, publicada em 1916), Einstein usou a constatação anterior para redefinir a gravidade. Isso pode ser demonstrado com um exemplo simples: em alguns tipos de brinquedo comum em parques de diversões, a rotação da máquina mantém as pessoas grudadas na parede pela força centrífuga, como se houvesse uma "gravidade artificial".

4 - A gravidade real também funciona assim. O Sol curva tanto o espaço ao seu redor que mantém a Terra em sua órbita - como se ela estivesse "grudada na parede", lembrando o exemplo do brinquedo. Já a força que prende as pessoas ao chão é a curvatura criada pela Terra no espaço ao seu redor. Einstein também descobriu que, quanto maior a gravidade, mais lento é o ritmo da passagem do tempo. Por isso, ele chamou essa força de "curvatura no tecido espaço-tempo".

5 - Uma aplicação prática da Relatividade é a calibragem dos satélites do GPS, que orientam aviões e navios. Pela Relatividade Especial, sabe-se que a velocidade de 14 mil km/h dos satélites faz seus relógios internos atrasarem 7 milionésimos de segundo por dia em relação aos relógios da Terra. Mas, segundo a Relatividade Geral, eles sentem menos a gravidade (pois estão a 20 mil km de altitude) e adiantam 45 milionésimos de segundo por dia. Somando as duas variáveis, dá um adiantamento de 38 milionésimos por dia, que precisa ser acertado no relógio do satélite. Portanto, se não fosse pela teoria de Einstein, o sistema acumularia um erro de localização de cerca de 10 quilômetros por dia.

Um novo livro da coleção "Para Saber Mais" - editado pela revista Superinteressante - ajuda você a mergulhar fundo nestas fascinantes idéias de Einstein. Teoria da Relatividade, do físico Oscar Matsura já está nas bancas.

Einstein, cientista que revolucionou o século XX

No estudo da Mecânica, a velocidade, por exemplo, é uma grandeza relativa, ou seja, sua medida depende do referencial do qual está sendo medido. Em consequência disso, outras grandezas que dependem da velocidade também são relativas como, por exemplo, a energia cinética e a quantidade de movimento. A energia potencial também é uma grandeza relativa, pois o seu valor (mgh) depende do referencial que se adota para medir a altura. Comprimento, massa e tempo são tidos como grandezas absolutas no estudo da Mecânica, mas também se tratam de grandezas relativas. No entanto, a relatividade dessas grandezas só evidencia-se quando no estudo de situações em que se têm velocidades muito elevadas, ou seja, não desprezíveis se comparadas com a velocidade da luz no vácuo, que é aproximadamente 3,0 x10⁸ m/s.

O Início da Teoria da Relatividade

A teoria da relatividade foi uma revolução para o século XX, pois ela provocou inúmeras transformações em conceitos básicos como também proporcionou que fatos importantes, ainda não explicáveis, pudessem ser explicados. Essa teoria surgiu com o físico alemão Albert Einstein. Nascido em Ulm, Einstein foi físico e pesquisador muito conhecido por ter proposto a teoria da relatividade, mas também foi ele quem explicou corretamente o efeito fotoelétrico, fato esse que possibilitou o desenvolvimento da bomba atômica, mesmo sem ele saber para quais fins se destinava.

A teoria da relatividade é composta de duas outras teorias: Teoria da Relatividade Restrita, que estuda os fenômenos em relação a referenciais inerciais, e a Teoria da Relatividade Geral, que aborda fenômenos do ponto de vista não inercial. Apesar de formar uma só teoria, elas foram propostas em tempos diferentes, no entanto ambas trouxeram o conhecimento de que os movimentos do Universo não são absolutos, mas sim relativos.

A teoria da relatividade restrita foi construída por Einstein a partir de dois importantes postulados:

1ª – Postulado da Relatividade: as leis da Física são as mesmas em todos os sistemas de referência inercial.
2ª – Postulado da Constância da Velocidade da Luz: a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor para qualquer referencial inercial, ou seja, c = 300 000 km/s.

A Relatividade no Cotidiano

A relatividade pode não ser um assunto muito comum no dia a dia, mas ela faz parte do nosso cotidiano. Quando aproximamos da velocidade da luz tudo muda, nesse sentido a relatividade é muito importante. Não é possível ver como que isso ocorre utilizando carros e aviões, mas as partículas subatômicas podem se movimentar muito rápido, podendo alcançar velocidades bem próximas à velocidade da luz.

Um instrumento muito comum na atualidade utiliza mecanismos advindos da relatividade para determinar com alta precisão a posição na Terra, esse é o chamado GPS. Encontrado em celulares de última geração, esse instrumento depende de 24 satélites ao redor da Terra para a determinação correta da posição, mas se não fosse a relatividade, todas as medidas estariam erradas. Os cálculos e correções relativísticos são necessários em consequência da velocidade dos satélites, aproximadamente 14 mil km/h. Essa velocidade é realmente pequena se comparada com a velocidade da luz, mas mesmo assim os cálculos são necessários. O aparelho de GPS está cada vez mais presente em nosso cotidiano, seja no avião, nos automóveis, navio, em muitos lugares podemos encontrá-lo. Caso não fossem calculados os efeitos da relatividade, poderiam acontecer grandes desastres.