Em Novembro de 1915, Albert Einstein vivia um dos momentos altos da sua carreira como cientista. Foi quando apresentou a sua famosa Teoria da Relatividade perante a Academia Prussiana das Ciências, em Berlim. Quatro anos mais tarde, a 29 de Maio de 1919, a ciência do século XX alcançava o seu auge, com a confirmação desta teoria.

No entanto, os seus artigos iniciais, nos quais apresentou as suas primeiras ideias relativistas ao mundo da ciência, datam de 1905 – tendo sido publicados quando o físico tinha apenas 26 anos. E se o leitor tivesse agora acesso a um exemplar desses textos, ficaria surpreendido com a sua facilidade de leitura. O texto é simples e as equações não são mais complexas do que alguns problemas de álgebra.

Tal deve-se ao facto de Einstein ter uma forma de pensar muito visual, com um método que consistia em apresentar pequenos problemas mentais e resolvê-los gradualmente na sua mente, expondo assim as suas ideias de forma mais clara. Exemplo deste processo de desenvolvimento é o seu famoso paradoxo dos gémeos.

Einstein elaborou duas teorias: a da Relatividade Geral, ligada ao campo gravitacional e aos sistemas de referência, e a da Relatividade Especial, mais relacionada com a física do movimento em função do espaço-tempo. No seu conjunto, o seu trabalho mudou completamente a nossa percepção do universo e de muitos fenómenos e conceitos, como o espaço, o tempo e a gravidade.

Embora a Teoria da Relatividade possa ser difícil de compreender e um pouco assustadora, é possível simplificá-la recorrendo a uma série de pontos-chave que resumem os seus resultados e a tornam acessível a qualquer um. Apresentamos-lhe os cinco pontos imprescindíveis para perceber, finalmente, a Teoria da Relatividade.

1. A VELOCIDADE DA LUZ É ABSOLUTA

Um dos pontos-chave da Teoria da Relatividade estipula que a luz se desloca sempre a 300.000 km/s, independentemente do sistema de referência do qual a observemos. O que significa isto, ao certo? Einstein ilustra-o de forma muito simples com um dos seus esquemas mentais.

Coloca uma pessoa a bordo de um comboio que se desloca a 100 km/h. Em paralelo, outro indivíduo desloca-se noutro comboio, na mesma direcção, mas a 90 km/h. Para o observador do segundo comboio, o primeiro desloca-se apenas a 10 km/h e não a 100 km/h – que seria a velocidade por si observada se, de repente, o seu comboio parasse. Isto significa que a velocidade aparente do primeiro comboio depende de o sistema de referência do observador estar parado ou em movimento. Ora, tal não acontece no caso da luz.

Einstein afirma que, independentemente do ponto de vista do observador – esteja ou não em movimento – a luz deslocar-se-á sempre à mesma velocidade: 300.000 km/s. Se aplicarmos a teoria a este esquema, tanto a pessoa a bordo do primeiro comboio como a pessoa a bordo do segundo veriam a luz deslocando-se à mesma velocidade. A Teoria da Relatividade apresenta, portanto, a luz como uma invariável, ou seja, um valor sempre constante.

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UNIVERSIDADE DE PRINCETON

Fotografia de Einstein

2. o TEMPO é RELATIVO

Outro dos principais resultados desta teoria é que o tempo, ao contrário da velocidade da luz, não é absoluto, pois depende do movimento dos observadores. Por outras palavras, dois acontecimentos que pareçam simultâneos da perspectiva de uma pessoa, podem não sê-lo a partir da perspectiva de outra – e o mais curioso é que ambas estariam certas.

Para expor este conceito, Einstein recupera o exemplo mental dos comboios. Desta vez, coloca um primeiro indivíduo parado junto ao caminho-de-ferro quando um comboio passa. No preciso instante em que a carruagem central está à sua frente, um raio cai sobre a primeira e a última carruagem. Como o observador se encontra a uma distância média de ambos os acontecimentos, a luz alcança os seus olhos ao mesmo tempo, permitindo-lhe afirmar, inequivocamente, que os dois raios caíram em simultâneo.

Ora, para outra pessoa, sentada na carruagem central do comboio, as coisas seriam muito diferentes, mas igualmente verídicas. Da sua perspectiva, os raios também percorreriam a mesma distância, mas, devido ao movimento relativo do comboio, a luz proveniente do raio que atingiu a última carruagem demoraria mais tempo a alcançar o observador. Por conseguinte, esta pessoa diria – e estaria igualmente certa – que os raios caíram em momentos diferentes.

Esta ideia é muito pouco intuitiva, pois trata-se de um raciocínio aparentemente contraditório – mas não é. Outro exemplo muito útil desta percepção relativa da passagem do tempo é o paradoxo dos gémeos, um pouco mais complicado, mas igualmente curioso.

3. o TEMPO e o ESPAçO NãO SãO INDEPENDENTES

Entre outros conceitos, a Teoria da Relatividade realça a importância de redefinir os conceitos de espaço e tempo, que não são termos independentes, mas um só, conhecido como espaço-tempo. É como se ambos os conceitos fossem companheiros inseparáveis: o que acontece a um, afecta o outro.

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UNIVERSIDADE DE PRINCETON

Einstein numa das suas aulas. 

Para Einstein, esta afirmação foi uma consequência clara da relatividade do tempo: se um acontecimento, como o raio que caiu em cima do comboio, ocorre num momento diferente dependendo da posição do observador, ambos os conceitos devem estar unidos. Desta forma, nenhum dos dois pode ser considerado de forma independente.

Nas palavras do próprio físico: “Subscrevo Minkowski e afirmo, daqui em diante, que o espaço e o tempo como conceitos separados estão destinados a desvanecer-se nas sombras e que só uma união de ambos pode fazer parte da realidade.”

4. A MASSA é EQUIVALENTE à ENERGia

Conhece a famosa equação E=mc2? Este é, provavelmente, o resultado mais popular da Teoria da Relatividade. Além disso, foi um autêntico feito científico, pois, com esta simples e elegante equação, Einstein conseguiu juntar duas conclusões assombrosas.

Em primeiro lugar, a equação afirma que a energia e a massa estão relacionadas e que podem até ser praticamente equivalentes. A título ilustrativo, o físico pede que imaginemos um objecto que emita dois impulsos luminosos em direcções opostas. Como cada impulso possui determinada quantidade de energia, a própria energia do objecto vai diminuindo, uma vez que a cede a esses impulsos. Através de fórmulas de álgebra, Einstein determinou que, para isto ser coerente, o objecto teria igualmente de perder massa – ou seja, a energia e a massa teriam de estar directamente relacionadas.

Por outro lado, de forma mais profunda, essa equação contém a chave que explica outro resultado muito importante: por que razão é impossível que um objecto em movimento alcance a velocidade da luz. Segundo a equação, se tal ocorresse, a massa do objecto teria de ser infinita, o que implicaria, segundo a conclusão anterior, uma energia infinita – algo que é impossível. Ficou assim estipulado que só objectos sem massa – ou melhor dizendo, ondas com massa igual a zero – poderão alcançar velocidades semelhantes à da luz.

5. A GRAViDADe é, SIMPLEsMENTE, uma DEFORMAção

Se toda esta teoria já se baseia em conceitos pouco intuitivos e quase surrealistas, a forma como Einstein concebe e define a gravidade como ponto final da Teoria da Relatividade parece retirada de um dos relatos de Kafka: propõe que o espaço-tempo não é plano, mas sim deformado pelos objectos que nele se encontram.

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ESA / C CARREAU

Gráfico representativo da gravidade como curvatura do espaço-tempo.

Imagine um grande pano suspenso no ar, esticado na horizontal. Se atirarmos uma bola pequena para cima do pano, esta criará uma pequena depressão. Contudo, se colocarmos uma bola muito maior num ponto mais distante, o pano curvar-se-á muito mais, fazendo com que a bola mais pequena se mova em direcção à maior devido à inclinação causada pela bola maior. Segundo Einstein, é isto que acontece no universo. Nós, ou os objectos que manuseamos, seríamos essas bolas pequenas, que quase não curvam o pano, enquanto, por exemplo a Terra seria a bola grande, que deforma consideravelmente o pano, atraindo-nos para junto dela.

Einstein encerrou assim a Teoria da Relatividade, afirmando que a gravidade não era uma força, mas uma consequência da curvatura do espaço-tempo – deixando sobre a mesa um dos resultados mais importantes da física de todo o século XX e, provavelmente, marcando a ciência do século XXI.