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Quarta-feira,
4/3/2015
Entendendo a Teoria da Relatividade de Einstein
Cláudia Aparecida Franco de Oliveira
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Albert Einstein era famoso por muitas coisas, mas a sua maior ideia foi a teoria da relatividade. Ele mudou para sempre a nossa compreensão do espaço e do tempo.
Afinal, o que é relatividade? Sucintamente, é a noção de que as leis da física são as mesmas em todos os lugares. Nós aqui na Terra obedecemos as mesmas leis da luz e da gravidade como alguém em um canto distante do universo.
A universalidade da física significa que a história é provincial. Diferentes telespectadores vão ver eventos do tempo e espaço 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.
Tudo é relativo.
A relatividade especial
Entendendo a Teoria da Relatividade de Einstein
A teoria de Einstein é dividida em relatividade especial e geral.
A relatividade especial veio primeiro e baseia-se no fato de que a velocidade da luz é constante para todos. Isso pode parecer bastante simples, mas tem consequências de longo alcance.
Einstein chegou a esta conclusão em 1905, após a provas experimentais mostrarem que a velocidade da luz não se alterava enquanto a Terra girava em torno do Sol.
Este resultado foi surpreendente para os físicos, porque a velocidade da maioria das outras coisas não depende de qual direção o observador está se movendo. Se você dirige seu carro ao lado de uma estrada de ferro, um trem vindo em direção a você parecerá estar se movendo muito mais rápido do que se ambos estivessem seguindo na mesma direção.
Einstein disse que todos os observadores vão medir a velocidade da luz em 299.792.458 metros por segundo, não importa o quão rápido e em que direção eles estejam se movendo.
Esta máxima fez o comediante Stephen Wright se perguntar: "Se você está em uma nave espacial que está viajando à velocidade da luz, e você acende os faróis, nada aconteceria?"
A resposta é que os faróis ligariam normalmente, mas apenas a partir da perspectiva de alguém dentro da nave espacial. Para alguém do lado de fora observando a nave voar, os faróis pareceriam desligados: a luz sai, mas leva uma eternidade para os feixes chegarem à frente da nave espacial.
Estas versões contraditórias surgem porque réguas e relógios — as coisas que marcam o tempo e o espaço — não são as mesmas para diferentes observadores. Se a velocidade da luz é para ser mantida constante como Einstein disse, então o tempo e o espaço não podem ser absolutos; eles devem ser subjetivos.
Por exemplo, uma nave espacial de 100 metros de comprimento viajando a 99,99 por cento da velocidade da luz apareceria com 30 cm de comprimento para um observador estacionário, mas continuaria com seu comprimento normal para as pessoas a bordo.
Talvez ainda mais estranho, o tempo passa mais devagar conforme mais rápido algo se move. Se há dois irmãos gêmeos na Terra, e um deles decide ir fazer uma viagem em uma espaçonave muito rápida para alguma estrela distante e depois voltar, a pessoa que foi voltará muito mais jovem do que seu irmão que ficou na Terra. Esse é o famoso Paradoxo dos Gêmeos. Vale frisar que essa relação entre maior velocidade/tempo mais devagar é válida não somente para quando algo se move muito rápido, mas sim em qualquer velocidade. Claro que não podemos perceber isso no nosso dia-a-dia pois nossas velocidades, mesmo considerando os foguetes mais rápidos que temos, são ainda muito lentas.
E também, quanto mais rápido um objeto se move, mais massivo ele se torna. Na verdade, nenhuma nave espacial jamais poderia atingir 100% da velocidade da luz, porque a sua massa iria crescer até ao infinito.
Esta relação entre a massa e a velocidade é muitas vezes expressa como uma relação entre a massa e energia: E = mc ^ 2, onde E é a energia, m é a massa e c é a velocidade da luz.
300px-Spacetime_curvature
A relatividade geral
Einstein não estava satisfeito e decidiu perturbar ainda mais a nossa compreensão do tempo e do espaço. Ele passou a generalizar sua teoria, incluindo aceleração e descobriu que esta distorce a forma do tempo e espaço.
Para ficar com o exemplo acima: imagine a nave acelerando e disparando seus propulsores. Aqueles a bordo vão ficar presos no chão como se eles estivessem na Terra. Einstein afirmou que a força que chamamos de gravidade é indistinguível de estar em um nave acelerando.
Isto por si só não era tão revolucionário, mas quando Einstein elaborou a matemática complexa (que levou 10 anos), ele descobriu que o espaço e o tempo são curvos perto de um objeto de grande massa, e essa curvatura é o que experimentamos como a força da gravidade.
É difícil imaginar a geometria curva da relatividade geral, mas quando pensamos no espaço-tempo como uma espécie de tecido, em seguida, um objeto massivo estica o tecido circundante de modo que qualquer coisa que passa nas proximidades não segue uma linha reta. É como imaginar o espaço-tempo sendo uma cama elástica, e sobre ela bolas de boliche, que seriam estrelas ou planetas. Quanto mais pesado um objeto é, mais ele distorce esse tecido.
As equações da relatividade geral preveem uma série de fenômenos, muitos dos quais foram confirmados:
Curvatura da luz em torno de objetos maciços (lente gravitacional)
Evolução lenta na órbita do planeta Mercúrio (precessão do periélio)
Arrastamento do espaço-tempo em torno da rotação de corpos
Deslocamento para o vermelho mostrando as riscas do espectro solar (redshift gravitacional)
Aceleração nos períodos de rotação de estrelas binárias e pulsares
Via: LiveScience
Postado por Cláudia Aparecida Franco de Oliveira
Em
4/3/2015 às 19h00
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