Cem anos da teoria geral da relatividade

Cem anos da teoria geral da relatividade. Em 1905 tem início a teoria da relatividade especial ou restrita, e em 1915 a teoria geral da relatividade. 

Uma física deste porte nasce ao longo de algum tempo, e em geral passa por diferentes proposições iniciais, por diferentes físicos.

De uma forma rápida vamos repassar um pouco do final desta história. 

Lorentz resgata a contração de Fitzgerald, que aparece como uma solução ad hoc, e propõe uma contração semelhante, mas propondo ainda que a massa de uma partícula aumentava a medida que ela atingia velocidades cada vez maiores. Lorentz ressaltava o fato de que uma contração da distância acarretaria uma dilatação do tempo (o tempo passaria mais devagar para quem está se movendo). Em 1899 Lorentz propõe um conjunto de equações que permitem relacionar medições efetuadas por duas pessoas distintas que estivessem em movimento uma em relação a outra. Ele introduzia a velocidade da luz como um limitante, aplicando esta restrição a uma proposta que já existia desde Galileu.

Henri Poincaré (1854-1912) (um dos meus preferidos, alguém que adoraria conhecer) tinha fácil envolvimento e agilidade em quase todos os ramos da matemática e da física, era conhecido como o último “homem da renascença”, e era ferrenho defensor da matemática aplicada, sendo um dos primeiros, se não o primeiro, a considerar a possibilidade da existência de caos em sistemas determinísticos, e atacava o conceito de simultaneidade, que acaba sendo tão intuitivo no dia a dia, entretanto ele chamava de mera ilusão.

Em 1904, Poincaré terminava um discurso afirmando que “talvez devamos construir uma nova mecânica ... em que a velocidade da luz venha a ser um limite inultrapassável. Poincaré”.  Enquanto Poincaré discursava diante da comunidade científica, um desconhecido, chamado Einstein estava prestes a iniciar seu ano “milagroso”. Em 1905, um ano após o discurso de Poincaré, Einstein, em dois artigos, dava origem a teoria da relatividade.

Em geral uma “revolução” científica não acontece do nada, ela vem acumulando conhecimentos ao longo do tempo, e Einstein acreditava muito na cinemática proposta pelas equações de Maxwell, e nas transformadas de Lorentz.

Einstein fez dois marcantes postulados básicos, na tentativa de encontrar um conjunto de transformações de coordenadas que mantivessem intactas as formas descritas por Maxwell.

1- As leis da física assumem a mesma forma em todos os referenciais inerciais.

2- Em qualquer referencial inercial, a velocidade da luz, “c” , é sempre a mesma, seja ela emitida por um corpo em repouso, ou por um corpo em movimento uniforme.

Com o primeiro postulado ele descartava a necessidade do éter, substituindo um misterioso referencial imóvel e absoluto, eternamente em repouso, por infinitos sistemas equivalentes móveis ou não, e isto dava início ao que ficou conhecido como relatividades especial, ou relatividade restrita. E desta forma ele acabava com a intragável pergunta, “se a luz é uma onda, o que ela ondula efetivamente?”. A resposta passou a ser simplesmente “ a luz é uma onda imaterial”, assim sendo, ela não precisa de um meio material para se propagar, ela é “na verdade” uma flutuação de energia, e a luz passou a ganhar a definição de que sua velocidade deveria ser constante. Desta forma, qualquer observador, se movendo ou não, a qualquer velocidade, sempre medirá a luz com a mesma velocidade, no mesmo meio. Isto arrebentava, como dizia Poincaré, com o conceito de simultaneidade. O que um observador vê como simultâneo, acontecendo “ao mesmo” tempo, pode não ser simultâneo para outro observador.

Em física, como em outras áreas, o que não é proibido, é permitido. Assim, se não houvesse um limite para a velocidade da luz, ela poderia ser infinita, e se isto fosse possível, um corpo material se movendo a velocidade infinita, gastaria tempo zero (0) para ir de um lugar para outro, como exemplo, uma nave espacial gastaria tempo zero para ir do Rio de janeiro para Quebec, e tempo zero para ir de Quebec à lua, e tempo zero para ir da lua à plutão, e tempo zero para ir de plutão à Andrômeda, e assim por diante, e isto criaria a impossibilidade de que aquela nave pudesse estar ao mesmo tempo em todos os lugares, ocupando espaço, e isto por si só tornaria o espaço totalmente ocupado. O universo não poderia ser totalmente preenchido por uma única nave espacial, e para que isto não aconteça, uma lei física limita a velocidade máxima possível, a um limite finito, ou seja, deve haver uma velocidade limite. Por isto, um sistema em movimento sofre uma contração espacial e uma dilatação temporal.

Einstein não gostava do nome dado a sua teoria. Ao contrário do que muitos pensam, a teoria da relatividade não pode ser resumida na frase de efeito “TUDO É RELATIVO”. Ela diz exatamente o oposto, nem tudo é relativo. Há uma coisa absoluta no universo, a velocidade da luz. É exatamente porque a velocidade da luz não varia de acordo com os referenciais, que todo o resto passa a ser relativo (espaço e tempo por exemplo). Einstein preferia o termo “teoria de invariância”, a massa aumenta quanto maior for a velocidade de um corpo. Os resultados da relatividade especial deixam claro que a velocidade da luz é um limite físico do universo. As equações de transformação mostram que uma partícula que viaje com a velocidade da luz fica completamente achatada, congelada no tempo e com massa infinita. Somente a radiação eletromagnética viaja a esta velocidade, e isto porque SUA MASSA É NULA. Em 1915 ele publica a teoria geral da relatividade, agora incluindo acelerações e gravidade, que foi uma de suas sacadas em 1907, que aceleração e gravidade são semelhantes, com o princípio da equivalência.