FÍSICA MODERNA - da Relatividade Restrita à Relatividade Geral

A teoria da relatividade restrita (ou especial) foi publicada por Einstein em 1905, quando ele ainda era muito jovem. Em 1916 Einstein generalizou sua teoria, incluindo nela a gravitação, e então passou a chamar-se teoria da relatividade geral.

A relatividade geral sugere uma nova ideia conhecida como princípio da equivalência. 

Se um observador está em pé sobre uma balança dentro de um elevador fechado, ao perceber que o ponteiro da balança começa a indicar um valor diferente para sua massa (ou peso), duas explicações são possíveis:

I -   o elevador está em movimento de velocidade variável em módulo, ou
II  - o campo gravitacional local mudou.

Se o cabo do elevador arrebenta e ele entra em queda livre, a balança vai indicar zero, situação que chamamos de imponderabilidade. O observador e todos os objetos dentro do elevador parecem flutuar. Esse efeito de flutuação sugere gravidade zero, mas na verdade pode ser conseguido de duas formas:

I  -     Pela anulação do campo gravitacional local, ou
II - Por um movimento do elevador com aceleração igual à gravidade em módulo.

De dentro do elevador, sem observar o que acontece lá fora, não há como saber o que de fato está acontecendo. A impossibilidade de decidir entre as duas explicações aceitáveis acima constitui basicamente o princípio da equivalência, que diz:
Se um observador está dentro de um recinto fechado, sem ter como olhar para fora, não há como saber se o recinto está sob a ação de um campo gravitacional uniforme ou se está acelerado.

O princípio da equivalência torna-se contundente quando aplicado à luz. Imagine, por exemplo, um observador segurando uma lanterna dentro do elevador. Suponha que o elevador despenque em queda livre e num certo momento da queda a lanterna é ligada. O observador (O2), dentro do elevador, cai com a lanterna e "vê" um raio de luz que segue em linha reta, cruza o elevador e bate na parede da frente. Até aí nada de mais.

Mas, se um outro observador externo (O1), parado em relação ao chão, pudesse enxergar através das paredes do elevador, o que veria? A figura mostra os dois pontos de vista de O1 e O2.

Veja que para O1 o raio de luz literalmente encurva! Nesse caso, sabemos que a causa dessa curvatura é o movimento acelerado do elevador. Mas, pelo princípio da equivalência, o mesmo efeito poderia ser conseguido a partir de um campo gravitacional externo. Einstein concluiu a partir desse raciocínio que a gravidade deveria forçar a luz a fazer curva!

E a partir daí que surge a interpretação geométrica para os efeitos da gravidade. Podemos considerar que corpos com grande massa provocam uma curvatura no espaço-tempo ao seu redor. Dessa forma, mesmo a luz, caminhando supostamente em uma linha reta, deveria acompanhar a concavidade do espaço-tempo curvo, como que sofrendo a ação atrativa da gravidade.

Segundo Einstein, corpos com grande massa, como estrelas, por exemplo, poderiam tirar a luz de sua suposta e previsível trajetória retilínea.
Mais uma vez surge a fatal pergunta: Como testar a teoria? Como vamos conseguir um corpo de massa estelar aqui na Terra? Impossível!

Novamente entra em cena a criatividade dos cientistas. Uma oportunidade importante para testar a teoria é um eclipse solar total. A ideia é fotografar as estrelas visualmente próximas ao Sol e que só aparecem quando o disco solar é encoberto pela Lua, no curto período em que o dia vira noite, na totalidade do eclipse. Numa outra época do ano, quando essa mesma constelação estiver visível à noite, sem a presença do Sol, uma segunda exposição fotográfica pode ser feita.

Nessa segunda foto, as posições das estrelas devem ser ligeiramente diferentes daquelas obtidas durante o eclipse, pois desta vez, sem o Sol, a luz chegou até a máquina fotográfica em linha reta. Se conseguirmos medir essas mínimas diferenças nas posições das estrelas, então fica provado que a presença do Sol desvia de fato a luz! Genial, não?

A comprovação desse efeito ocorreu durante o eclipse total do Sol ocorrido em 29 de maio 1919. Duas equipes de cientistas foram designadas para fotografar o eclipse e realizar medidas das posições das estrelas. Uma das equipes foi para a África, na Ilha do Príncipe, e a outra veio para o Brasil, já que o eclipse poderia ser observado no Nordeste brasileiro. Em Sobral, no Ceará, foram feitas fotos importantes e reveladoras a céu limpo. Na África o tempo estava parcialmente nublado e o resultado não foi tão bom. O Brasil acabou participando de perto desse momento histórico que projetou Albert Einstein no cenário científico mundial.

Talvez o enorme sucesso alcançado por Einstein, ante a estrondosa exposição de sua teoria no mundo inteiro após sua comprovação experimental, explique por que a contração do comprimento, já prevista e explicada por Lorentz, usando a teoria eletromagnética, tenha ficado "esquecida", dando lugar às novas interpretações relativísticas. Mas, justiça seja feita, Lorentz, bem como outros cientistas, teve um papel importante nessa história que mudou a nossa maneira de ver o mundo.

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Forte abraço,

Prof. Sérgio Torres