Este artigo foi escrito por David Lyth da Universidade de Lancaster e foi originalmente publicado por The Conversation.

Gravity ties our bodies to planet Earth but it does not define the limits of the soaring human mind. Em novembro de 1915 – exatamente um século atrás – isso foi comprovado quando Albert Einstein, em uma série de palestras na Academia Prussiana de Ciências, apresentou uma teoria que revolucionaria a forma como vemos a gravidade – e a própria física. Durante dois séculos, a teoria notavelmente simples e elegante da gravitação universal de Newton parecia explicar bem a matéria. Mas, como é cada vez mais verdade para a física, a simples simplesmente não a corta mais.

O ponto de partida da relatividade geral de Einstein foi a sua teoria da relatividade especial, publicada em 1905. Isto explicou como formular as leis da física na ausência da gravidade. No centro de ambas as teorias está uma descrição do espaço e do tempo diferente daquela que o senso comum sugeriria.

As teorias explicam como interpretar o movimento entre diferentes lugares que se movem a velocidades constantes em relação um ao outro – e não em relação a algum tipo de éter absoluto (como Newton havia assumido). Embora as leis da física sejam universais, diz, diferentes telespectadores verão o tempo dos eventos de forma diferente, dependendo da velocidade com que estão viajando. Um evento que parece levar 1.000 anos quando visto da Terra pode parecer levar apenas um segundo para alguém numa nave espacial viajando a grande velocidade.

No centro das teorias de Einstein está o fato de que a velocidade da luz é independente do movimento do observador que está medindo a velocidade. Isto é estranho, porque o senso comum sugere que se você se sentar em seu carro ao lado de uma linha ferroviária, um trem passando parecerá estar se movendo muito mais rápido do que se você o seguisse na mesma direção.

No entanto, se você se sentar e assistir um feixe de luz passar, ele se moverá igualmente rápido, independentemente de você estar seguindo-o ou não – uma clara indicação de que algo está errado com o senso comum.

A implicação desta teoria é que precisamos de desistir da ideia de que existe um tempo universal, e aceitar que o tempo registado por um relógio depende da sua trajectória à medida que se desloca através do universo. Isto também significa que o tempo passa mais lentamente quando se vai depressa, o que significa que um gémeo que vai para o espaço envelhecerá mais lentamente do que o seu irmão de volta à Terra.

Este ‘paradoxo dos gémeos’ pode parecer uma peculiaridade matemática, mas na realidade foi verificado experimentalmente em 1971 numa experiência com relógios atómicos em voos comerciais.

A relatividade especial só funciona para quadros inércia que se movem uns em relação aos outros se estiverem a mover-se a uma velocidade constante – não pode descrever o que acontece se estiverem a acelerar. Einstein perguntou-se como expandi-la para incluir tal aceleração e permitir a gravidade, que provoca a aceleração e está, afinal, em todo o lado.

Ele percebeu que o efeito da gravidade desaparece se não se tenta superá-la. Ele imaginou pessoas num elevador cujo cabo se tinha partido em queda livre e percebeu que como os objectos flutuavam sem movimento ou a velocidade constante, as pessoas não sentiriam a gravidade. Mas hoje sabemos que isso é verdade, como já vimos nas pessoas da estação espacial internacional. Em ambos os casos não há forças que contrariem o efeito da gravidade e as pessoas não sentem a gravidade.

Espaço-tempo curvo. Mopic

Einstein também percebeu que o efeito da gravidade é o mesmo que o efeito da aceleração; a alta velocidade empurra-nos para trás, tal como se a gravidade nos puxasse. Estas duas pistas levaram Einstein à relatividade geral. Enquanto Newton tinha visto a gravidade como uma força propagada entre corpos, Einstein descreveu como pseudo-força experimentada porque todo o tecido entrelaçado do espaço e do tempo se dobra em torno de um objeto maciço.

Einstein mesmo disse que o seu caminho estava longe de ser fácil. Ele escreveu que “em toda a minha vida não trabalhei quase tanto, e fiquei imbuído de um grande respeito pela matemática, a parte mais sutil da qual eu tinha na minha simplicidade considerada como puro luxo até agora”.

A evidência

Assim que Einstein descobriu a relatividade geral, ele percebeu que isso explica o fracasso da teoria de Newton em explicar a órbita de Mercúrio. A órbita não é bem circular, o que significa que há um ponto em que ela está mais próxima do sol. A teoria de Newton prevê que esse ponto é fixo, mas a observação mostra que ele gira lentamente em torno do sol e Einstein descobriu que a relatividade geral descreve corretamente a rotação.

“Eu estava ao meu lado com excitação alegre”, ele escreveu alguns meses depois. Desde então, a relatividade geral tem passado por muitos testes de observação com cores voadoras.

Você está usando a relatividade geral sempre que invoca o sistema GPS para descobrir a sua posição na superfície da Terra. Esse sistema emite sinais de rádio de 24 satélites e o receptor GPS do seu telefone ou carro analisa três ou mais desses sinais para descobrir a sua posição usando a relatividade geral. Se você tivesse usado a teoria de Newton, o sistema GPS teria dado a posição errada.

Mas enquanto a relatividade geral funciona bem para descrever o mundo físico em grandes escalas, a mecânica quântica surgiu como a teoria mais bem sucedida para partículas minúsculas como as que compõem um átomo. Assim como as teorias da relatividade, a mecânica quântica é contra intuitiva. Se é possível unir os dois permanece para ser visto, mas é improvável reintroduzir o senso comum na física.

David Lyth, Professor Emérito de Física, Universidade de Lancaster.

Este artigo foi originalmente publicado por The Conversation. Leia o artigo original.