Este artigo é um trecho do guia Shortform sobre Shortform “Uma Breve História do Tempo”, de Stephen Hawking. Shortform os melhores resumos e análises do mundo sobre os livros que você deveria ler.
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O que é a teoria da relatividade? Que fenômenos essa teoria procura explicar? De que forma 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 se aplica a todos os fenômenos físicos, excluindo a gravidade, e a segunda explica a força gravitacional em relação às outras forças do universo.
Conheça a teoria da relatividade de Albert Einstein, explicada em termos simples.
A Teoria da Relatividade de Albert Einstein
A teoria da relatividade de Einstein aprofundou significativamente 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 se propaga a uma velocidade infinita (não deveria levar tempo para que a gravidade exercesse seus efeitos). Mas como isso poderia se conciliar com a 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. O espaço-tempo, de acordo com essa teoria, não é plano. Assim, os corpos em órbita se movem em geodésicas — a distância mais curta entre dois pontos. Isso é o que mais se aproxima de uma linha reta. Portanto, a Terra, na verdade, segue um trajeto linear pelo espaço-tempo quadridimensional, mas isso nos parece uma órbita elíptica.
A massa e a energia de corpos como o Sol, na verdade, curvam o próprio tecido do espaço-tempo, criando pequenas variações nas órbitas “elípticas” — variações que não podiam ser totalmente explicadas pela teoria de Newton. É como colocar um objeto sobre um pedaço de tecido esticado. O peso desse objeto fará com que o tecido ceda — esse é o mesmo mecanismo pelo qual a gravidade deforma a curvatura do espaço-tempo.
O critério para avaliar se uma teoria é boa 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 confiança na teoria.
Até mesmo a luz é afetada pela curvatura do espaço-tempo. A luz proveniente de estrelas distantes nos chega em uma posição diferente daquela de onde realmente se originou, pois a massa gravitacional do Sol desvia o ângulo da luz.
Gravidade e Tempo
Como sabemos que o tempo é relativo, também se deduz da relatividade geral que o tempo fluiria 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 sobre as frequências das ondas de luz, os eventos na Terra pareceriam demorar mais tempo para acontecer para um observador no topo da montanha — o tempo estaria passando mais rápido na montanha, porque a luz da Terra estaria chegando até lá em uma frequência mais baixa.
Isso já foi comprovado: ficou demonstrado que os relógios funcionam mais devagar em altitudes mais elevadas do que em altitudes mais baixas, tal como prevê a teoria da relatividade geral. Qual é a principal lição? Tudo é relativo. Os corpos que se movem pelo 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 exige um evento do Big Bang? O matemático e físico britânico Roger Penrose procurou responder a essa questão em 1965. Partindo da relatividade geral e do princípio de que a gravidade é sempre atrativa, Penrose teorizou que, quando uma estrela morresse e entrasse em colapso sob o peso de sua própria gravidade massiva, ela seria comprimida até um espaço de área e volume nulos. 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 intuição de Stephen Hawking, um colega de Penrose, foi inverter o teorema de Penrose: se todas as estrelas acabavam se transformando em singularidades quando colapsavam, então um universo em expansão deve 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 do Big Bang.
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Veja 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 reflexões de Stephen Hawking sobre tempo, espaço, dimensões e teoria quântica
- Como a viagem no tempo funcionaria, em teoria
