Entendendo a Teoria da Relatividade Geral de Einstein

Em 1905, Albert Einstein determinou que as leis da física são as mesmas para todos os observadores que não estão em movimento, e que a velocidade da luz no vácuo é independente do movimento de todos os observadores. Esta era a teoria da relatividade especial. Ele introduziu um novo quadro para toda a física e propôs novos conceitos de espaço e tempo.

Entendendo a Teoria Geral da Relatividade de Einstein

Einstein, então, passou 10 anos tentando incluir a aceleração na teoria e publicou sua teoria da relatividade geral em 1915. Nela, ele determinou que objetos massivos causam uma distorção no espaço-tempo, que é sentida como a gravidade.

Dois objetos exercem uma força de atração sobre o outro conhecido como “gravidade”. Mesmo que o centro da Terra esteja puxando você em direção a ele (mantendo-o firmemente preso no chão), seu centro de massa está puxando-o para trás, ainda que com muito menos força. Sir Isaac Newton quantificou a gravidade entre dois objetos quando ele formulou suas três leis de movimento. No entanto, as leis de Newton supõem que a gravidade é uma força inata de um objeto que pode agir à distância.

Albert Einstein, em sua teoria da relatividade especial, determinou que as leis da física são as mesmas para todos os observadores que não estão em movimento, e ele mostrou que a velocidade da luz no vácuo é a mesma, não importa a velocidade com que um observador se desloque. Como resultado, ele descobriu que o espaço e o tempo estão entrelaçados em um único contínuo conhecido como espaço-tempo. Os eventos que ocorrem ao mesmo tempo para um observador poderiam ocorrer em momentos diferentes para o outro.

Enquanto trabalhava nas equações para a sua teoria geral da relatividade, Einstein percebeu que objetos massivos causam uma distorção no espaço-tempo. Imagine um corpo grande no centro de um trampolim. O corpo vai pressioná-lo baixo, fazendo-o que ele se curve. O mesmo acontece com objetos cósmicos massivos. No sistema solar, por exemplo, é o Sol quem causa a maior deformação no espaço-tempo. Quanto mais massivo é um corpo, maior é sua atracão gravitacional. Por isso, os satélites orbitam os planetas, os planetas orbitam o Sol, e o Sol orbita o centro da Via Láctea, a nossa galáxia.

Einstein também descobriu que quanto maior é a velocidade de um observador, mais devagar o tempo irá passar para ele. 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. E se fosse possível atingir a velocidade da luz, o tempo simplesmente pararia para o observador.

De acordo a Teoria da Relatividade Especial – a primeira parte da teoria de Einstein, elaborada em 1905 -, quanto mais veloz algo está, mais curto 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.

Embora os instrumentos não possam ver nem medir o espaço-tempo, vários dos fenômenos previstos por suas deformações foram confirmados, como:

Lentes gravitacionais: A luz em torno de um objeto massivo, como um buraco negro, é dobrada, fazendo-o agir como uma lente para as coisas que estão por trás dele. Astrônomos usam rotineiramente esse método para estudar as estrelas e galáxias distantes por trás de objetos maciços.

Cruz de Einstein

A Cruz de Einstein, um quasar na constelação de Pegasus, é um excelente exemplo de lente gravitacional. O quasar está a cerca de 8 bilhões de anos-luz da Terra, e localiza-se atrás de uma galáxia que está a 400 milhões de anos-luz de distância. Quatro imagens do quasar aparecem ao redor da galáxia, porque a intensa gravidade da galáxia curva a luz que emana do quasar.

Mudanças na órbita de Mercúrio: A órbita de Mercúrio está mudando muito gradualmente ao longo do tempo, devido à curvatura do espaço-tempo ao redor do Sol. Em alguns bilhões de anos, ele pode até mesmo colidir com a Terra.

Distorção do espaço-tempo ao redor de objetos massivos: A rotação de um objeto pesado, como a Terra, deve torcer e distorcer o espaço-tempo ao seu redor. Em 2004, a NASA lançou a sonda Gravity Probe B. O satélite precisamente calibrado fez com que os eixos de giroscópios mudassem muito ligeiramente ao longo do tempo, um resultado que coincidiu com a teoria de Einstein.

Desvio para o vermelho gravitacional: a radiação eletromagnética de um objeto é esticada dentro de um campo gravitacional. Pense nas ondas sonoras que emanam de uma sirene em um veículo de emergência; conforme o veículo se move em direção a um observador, as ondas sonoras são comprimidas, mas conforme ele se afasta, elas são esticadas, ou desviam para o vermelho. Conhecido como efeito Doppler, o mesmo fenômeno ocorre com as ondas de luz em todas as frequências.

Ondas gravitacionais: eventos violentos, como a colisão de dois buracos negros, devem ser capazes de criar ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais. Através de enormes observatórios, cientistas estão atualmente buscando por indicadores desse fenômeno. [Space]

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