Teoria da relatividade é usada para calibrar GPS e observar o Universo

Há 97 anos, um estudo que desbancou os parâmetros "certinhos" e, até então, imutáveis da física do britânico Isaac Newton foi publicado no periódico alemão Annalen der Physik (Anais da Física, em tradução livre). O nome presente em uma das mais importantes revistas científicas da época era, simplesmente, o de Albert Einstein.

Enquanto as pilhas de documentos se acumulavam na mesa, o jovem alemão pensava nas fórmulas matemáticas que faziam jus ao seu diploma da Universidade de Zurique, na Suíça. Foi assim que o físico, ainda disfarçado de funcionário público de um escritório de marcas e patentes, redefiniu o conceito de gravidade e unificou tanto matéria e energia quanto espaço e tempo.

A teoria da relatividade foi escrita em dois momentos, com dez anos de diferença entre as fases, mas sua versão completa só foi divulgada em 20 de março de 1916. Nos primeiros artigos de 1905, Einstein se baseou nas experiências de outros físicos para explicar que o tempo é um lugar, uma dimensão onde as pessoas podem, inclusive, caminhar; bem diferente daquele conceito de impalpável atribuído pelas pessoas. 

Para entender isso, é preciso uma viagem no tempo, com o perdão do trocadilho. De acordo com Paschoal Pimenta, professor de física dos cursos Anglo, os experimentos de eletromagnetismo de James Maxwell, no século 19, abriram caminho para a formulação da teoria da relatividade, pois o pensamento do escocês conflitava com as leis de Newton, que afirmavam que a velocidade da luz pode ser somada à da sua fonte – ou seja, que o tempo e o espaço passa da mesma forma para diferentes observadores de um fenômeno físico.

Mas Maxwell não concordava com isso, apesar de não saber explicar o fenômeno, visto que a velocidade de um feixe de luz que sai de uma lanterna não é alterada quando alguém corre com o instrumento, por exemplo. O primeiro a sugerir correções e tapar os primeiros buracos foi o europeu Hendrik Lorentz, que indicou uma dilatação do tempo em fórmulas matemáticas, posteriormente usadas por Einstein na sua famosa teoria.

"O importante é entender que aquelas equações do Lorentz também mostravam que o tempo não era absoluto. Mas quem deu essa interpretação foi o Einstein, não o Lorentz. Para Einstein aquilo [a velocidade da luz constante] era uma consequência de que o tempo não era absoluto, não só uma correção como propôs Lorentz", explica Pimenta.

Para Einstein, portanto, o tempo não é um valor universal, mas relativo para cada observador, além de ser ligado ao espaço. É que o movimento de qualquer corpo no Universo sempre fica distribuído entre os parâmetros do tempo e do espaço, sem ultrapassar a velocidade da luz. Isso significa que, quando você para em um ponto de ônibus, o valor do espaço fica zerado e o do tempo corre na velocidade máxima, a 300 mil quilômetros por segundo (ou a 1,08 bilhão de quilômetros por hora).

Se você der uma corridinha para não perder o coletivo, o tempo vai passar um pouquinho mais devagar, pois vai "emprestar" um pouco da sua velocidade para a metade do espaço. Mas se você estiver em uma nave ultrassônica, digna de ficção científica, e atingir a velocidade da luz, o tempo simplesmente não vai mais passar, já que a metade do espaço consumiu toda a cota.

Quando percebeu tudo isso, Einstein escreveu "E = mc2" (energia é igual o valor da massa multiplicado pela velocidade da luz ao quadrado). A famosa fórmula, definida ainda em 1905, explica que , quanto mais rápido um objeto viaja, maior fica a sua massa, pois ele tem de gastar energia e aplicar força para acelerar. O processo, no entanto, não ocorre facilmente, pois a energia é calculada sempre com a nova massa. Para uma grande massa acelerar do mesmo jeito, ela precisa aplicar uma força muito maior, indicando que massa e energia são inseparáveis.  

Teoria completa e confirmada

Em 1915, Einstein finalmente mexeu no ponto mais importante das leis de Newton: a gravidade. O físico alemão não a enxergava como uma força ou uma atração quase mágica entre as massas e, depois de estudar muito, conclui que a Terra girava ao redor do Sol devido à geometria do Universo, que é deformada pelo astro quente. Para ele, todos os corpos com grande massa criam curvaturas significativas na malha do espaço-tempo, exigindo a atração dos corpos menores.

Para ficar mais fácil, o professor sugere um experimento caseiro e bastante simples com bolas e um colchonete. Basta dispor bolas de gude em cima do colchão fininho e liso, que representa o espaço-tempo, para ver que elas não vão sair do lugar. Mas, quando bolas de capotão ou de boliche são colocadas sobre a superfície, as pequenas esferas de vidro vão rolar em direção ao objeto mais pesado, já que o “tecido” do espaço-tempo ficou cheio de ondulações e permitiu esse movimento.

"O impacto da teoria foi enorme, mas havia um ceticismo muito grande na comunidade científica. Não era só Einstein que estava pensando no problema das equações de Maxwell, tinham outros dez físicos muito famosos buscando isso também. Mas só ele teve a audácia de desafiar conceitos da ciência já conhecidos", diz Pimenta. "A teoria de Einstein claro que não é nada impossível, mas não foi fácil [de ser entendida]. Por isso, ela demorou a ser aceita; foi um processo difícil na época."

Foi um eclipse no céu brasileiro que apagou as dúvidas que pairavam sobre as ideias do físico. Em maio de 1919, dois grupos de britânicos observaram as estrelas do céu em momentos distintos: durante ocultação do Sol e em noites normais. Eles queriam ver se o raio de luz das estrelas era entortado pela massa do Sol ao comparar as fotografias dos dias diferentes.

O primeiro grupo que estava em uma ilha africana não conseguiu bons resultados, pois o brilho da constelação não chegou com eficiência até as câmeras, devido à chuva e ao tempo nublado, diz o professor. Mas os outros pesquisadores que acamparam em uma cidade nordestina identificaram uma boa curvatura, provando a deformação prevista na malha do espaço-tempo do Universo.

Teoria aplicada

"No dia a dia, é muito difícil identificar a relatividade do tempo-espaço. A não ser que você trabalhe no LHC, pois você não consegue trabalhar lá dentro sem perceber a teoria de fato", brinca o professor de física sobre o Grande Colisor de Hádrons, um grande túnel debaixo da fronteira da França com a Suíça que faz experimentos de aceleração de partículas, uma das aplicações da teoria.

Mas não precisa ser um astrônomo nem ter uma pesquisa científica de ponta para perceber que a relatividade funciona de verdade. A próxima vez que você viajar de avião, embarcar em um cruzeiro ou até mesmo não se perder de carro, agradeça a Einstein, pois a teoria da relatividade é o principal "calibrador" dos satélites dos GPS.

A velocidade dos satélites atrasa seus cronômetros internos diariamente em alguns milionésimos de segundos se forem comparados aos relógios da Terra. Mas, como os equipamentos orbitais sentem um impacto menor da gravidade, os cronômetros também ganham outros milionésimos de segundos por dia, exigindo um acerto preciso aqui na Terra. Sem a fórmula do gênio, o GPS exibiria os caminhos com uma imprecisão de até 10 quilômetros por dia, avisa Pimenta.