Este artigo é um trecho do guia Shortform para “Uma Breve História do Tempo”, de Stephen Hawking. Shortform os melhores resumos e análises do mundo sobre livros que você deveria ler.
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O que é a teoria da relatividade? Que fenômenos a teoria tenta explicar? Como ela revolucionou nossa compreensão do funcionamento do universo?
Na teoria da relatividade de Einstein, existem, na verdade, duas teorias: a teoria especial e a teoria geral. A primeira aplica-se a todos os fenômenos físicos, excluindo a gravidade, e a segunda explica a força gravitacional em relação às outras forças do universo.
Aprenda sobre a teoria da relatividade de Albert Einstein, explicada em termos simples.
A Teoria da Relatividade de Albert Einstein
A teoria da relatividade de Einstein melhorou muito a compreensão da interação entre a velocidade da luz e a passagem do tempo. Mas ainda faltava um elemento crucial: a gravidade. Os efeitos gravitacionais deveriam ser imediatos, o que significa que a gravidade viaja a uma velocidade infinita (não deveria levar tempo para que a gravidade exercesse seus efeitos). Mas como isso poderia se encaixar na ideia de que nada poderia viajar mais rápido do que a velocidade da luz?
Proposta em 1916, a teoria geral da relatividade de Einstein explicava que a gravidade era uma força especial que existia devido à curvatura do próprio espaço-tempo. De acordo com essa teoria, o espaço-tempo não é plano. Assim, os corpos em órbita viajam em geodésicas — a distância mais curta entre dois pontos. Isso é o mais próximo de uma linha reta. Portanto, a Terra realmente segue uma trajetória linear através do espaço-tempo quadridimensional, mas nos parece uma órbita elíptica.
A massa e a energia de corpos como o sol realmente curvam a estrutura do espaço-tempo, criando pequenas variações nas órbitas “elípticas”, variações que não podiam ser totalmente explicadas pela teoria de Newton. É análogo a colocar um objeto sobre um pedaço de tecido esticado. O peso desse objeto fará com que o tecido afunde — esse é o mesmo mecanismo pelo qual a gravidade distorce a curvatura do espaço-tempo.
O teste de uma boa teoria é se ela descreve a realidade observada e faz previsões confiáveis e precisas sobre o futuro. Por esses padrões, a relatividade geral é uma boa teoria — ela prevê com sucesso esses desvios nas órbitas, reforçando nossa fé na teoria.
Até mesmo a luz é afetada pela curvatura do espaço-tempo. A luz de estrelas distantes nos parece estar em uma posição diferente daquela em que realmente se originou, porque a massa gravitacional do sol reflete o ângulo da luz.
Gravidade e Tempo
Como sabemos que o tempo é relativo, também se deduz da relatividade geral que o tempo se moveria a velocidades diferentes em diferentes pontos do espaço. Devido à força variável da atração gravitacional de um corpo em diferentes pontos do espaço-tempo e ao efeito que isso tem nas frequências das ondas de luz, os eventos na Terra pareceriam levar mais tempo para acontecer para um observador no topo da montanha — o tempo passaria mais rápido na montanha, porque a luz da Terra chegaria a ela em uma frequência mais baixa.
Isso já foi testado: comprovou-se que os relógios funcionam mais lentamente em altitudes mais elevadas do que em altitudes mais baixas, tal como previsto pela relatividade geral. A principal conclusão? Tudo é relativo. Os corpos que se movem através do espaço-tempo afetam a curvatura do próprio espaço-tempo, o que, por sua vez, afeta o movimento desses corpos. Nada é estático ou absoluto.
O Big Bang e a Relatividade
A relatividade geral requer um evento Big Bang? O matemático e físico britânico Roger Penrose procurou responder a essa pergunta em 1965. Baseando-se na relatividade geral e no princípio de que a gravidade é sempre atrativa, Penrose teorizou que, quando uma estrela morre e entra em colapso sob o peso de sua própria gravidade massiva, ela seria comprimida até um espaço de superfície e volume zero. Isso seria uma singularidade — um ponto no espaço-tempo de densidade e curvatura infinitas, muito semelhante às condições antes do Big Bang. Essa singularidade é chamada de buraco negro (falaremos muito mais sobre eles no próximo capítulo). De acordo com a teoria de Penrose, qualquer corpo que sofra colapso gravitacional deve produzir uma singularidade.A grande percepção de Stephen Hawking, colega de Penrose, foi inverter o teorema de Penrose: se todas as estrelas acabavam como singularidades quando colapsavam, então um universo em expansão deveria ter começado com uma singularidade. Em 1970, Hawking e Penrose publicaram conjuntamente um artigo provando que a relatividade geral exigia a ocorrência de um evento de Big Bang.
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Aqui está o que você encontrará em nosso resumo completo de Uma Breve História do Tempo :
- A busca por uma teoria que explique a história e a evolução do nosso universo
- As discussões de Stephen Hawking sobre tempo, espaço, dimensões e teoria quântica
- Como a viagem no tempo funcionaria teoricamente
