Teoria da Relatividade... para mim, sempre foi um desafio tentar entendê-la.

Durante as aulas de física moderna, eu me sentava na primeira fileira de carteiras e permanecia com os olhos bem abertos e os ouvidos atentos, dedicando toda a atenção e concentração nas palavras do meu mestre, com o intuito de entender aquelas idéias que pareciam estar muito distante da realidade das pessoas. Por acreditar na Ciência e na veracidade da Física, sempre acreditei naqueles pensamentos, mesmo sabendo que fugiam da minha concepção.

Até hoje, para muitos, entender as idéias da relatividade é sinônimo de inteligência e alto QI. Graças a minha persistência, atualmente, essas idéias já não parecem estranhas, a ponto de tentar transmiti-las à outras pessoas.

A teoria da Relatividade foi introduzida em 1905 pelo físico Albert Einstein e, desde de então ela vem ganhando a aceitação e compreensão das pessoas.

Em relação a Einstein e sua teoria da Relatividade, o conhecimento das pessoas se encaixam em um dos seguintes grupos, abaixo. Em qual deles você se encaixa?

* Pessoas que entendem perfeitamente sua teoria e, é claro, conhecem, e muito, sobre o cientista Albert Einstein;

* Pessoas que reconhecem que ele foi um grande cientista, conhecem alguns detalhes da sua biografia e já tomou algum conhecimento sobre sua teoria, sabe do que se trata mas, ainda não assimilou perfeitamente suas idéias;

* Pessoas que reconhecem que ele foi um grande cientista e apenas já ouvi falar na Teoria da Relatividade;

* Pessoas que reconhecem que ele foi um grande cientista e nunca ouviu falar em sua teoria;

* Pessoas que nunca ouviram falar de Einstein e muito menos da sua teoria.

A grande maioria das pessoas já ouviu falar de Einstein, sabe da importância da contribuição que ele deu para a Ciência, especificamente para a Física, mas não entendem absolutamente nada sobre a teoria da Relatividade e também, é compreensível, pois, as idéias defendidas por ela estão muito além do que podemos conceber. Na verdade, parece coisa de louco. Ao tomar os primeiros contatos com as idéias da relatividade, quem disser que entendeu, depois de poucas informações, pode ser considerado um mentiroso, e não é para menos: quem pode entender que o tempo pode passar de modo diferente, isto é, que um mesmo evento poder ser registrado com medidas de tempo diferentes para observadores diferentes em locais diferentes? ...se passa o tempo de um ano para um, tem que ter passado um ano também para o outro, mesmo quando os participantes desse processo de medição vivem situações e lugares diferentes, e para o senso comum, não importa o que façam. O tempo de um ano tem que ser o mesmo para quem esta na Terra como para quem está na Lua, ou para quem está parado ou quem está em movimento, ou para quaisquer outras situações em quaisquer outros lugares do espaço. Entretanto, nosso senso comum falha nessa percepção aparente.

Quem pode dizer que entende perfeitamente que massa e energia são modalidades diferentes de uma mesma "coisa"? Essa idéia torna-se ainda muito mais complicada porque não se sabe muito bem o que é massa e muito menos energia. Os dicionários e livros de Física mencionam massa como sendo quantidade de matéria e energia como sendo a capacidade de realizar trabalho, no entanto, ambas as definições parecem fugir da pergunta e não respondem nada. Todavia, já está solidamente comprovado que massa e energia são comportamentos diferentes de uma mesma coisa, isto é, atualmente é possível transformar massa em energia e vice-versa.

Outra idéia, considerada maluca para os leigos da teoria da relatividade é o fato de que... segundo a Teoria da Relatividade Geral, o espaço é curvo, mas...como entender essa idéia sem saber realmente que é espaço? Imagine pensar que – ela também considera – que o espaço é conseqüência da existência das massas...isto é, só existe espaço porque existe aglomeração de matéria. Essas idéias parecem tão complicadas que o próprio Einstein, quando se via pressionado a explicar sua teoria em poucas palavras comentava:

... se tudo fosse retirado do Universo, a Terra, a Lua, o Sol, o sistema solar, as estrelas e tudo que existe; se pensava que duas coisas ficariam: o tempo e o espaço. Hoje sabemos que se tudo fosse retirado do Universo, não sobraria nada, inclusive o tempo e o espaço.

Entender que o tempo não ficaria até parece compreensível porquê, o tempo é o intervalo entre os acontecimentos, como o dia é o tempo de rotação da Terra sobre seu eixo imaginário e um ano (365 dias) é o tempo de translação do nosso planeta em torno do Sol. Mas, como entender que o espaço também não ficaria? O espaço existe em torno da matéria porque as massas existem. Sem as massas, não poderia existir espaço. Como entender uma idéia dessa? Então...o que ficaria? Nada? O que é o nada? Nada tem para Física uma definição muito complicada. No nada, nem o vácuo pode existir. Talvez seja mais fácil entender o nada como um "canivete sem lâmina que perdeu o cabo".

Ainda sobre o espaço, além de faltar esse entendimento que parece fora do nosso potencial de concepção, ainda temos que acreditar, pois, também já foi comprovado experimentalmente,...o espaço é curvo e este fato já está comprovado desde 1919.

Infelizmente, para os conservadores que imaginam o Universo e suas leis como algo previsíveis, todas essas idéias já foram há muito, comprovadas.

Reconheço que para se entender a teoria da Relatividade, torna-se necessário o entendimento de alguns conceitos físicos que usamos em nosso cotidiano e também, alguns utilizados para se aprender física clássica, (entende-se por física clássica, aquela descrita antes da teoria da relatividade, isto é, a física até 1900, aproximadamente)...e esse fato, infelizmente, exclui essa compreensão de muitas pessoas. Mas, se você tem em seu conhecimento algumas idéias relacionadas com a física, é bem possível que possa entender as idéias de Einstein. Vamos rever alguns conceitos básicos necessários para se ter, pelo menos, algum "sabor" dessa teoria tão maravilhosa e misteriosa.

* evento – é algo que acontece em algum instante, em algum lugar.

* observador – é alguém que observa e descreve eventos.

* referencial ou sistema de referência – para um movimento ser descrito, precisa-se de um referencial ou um sistema de referência para que a compreensão se faça. Por exemplo...quando olhamos freqüentemente a paisagem no horizonte e vemos um planície, com apenas uma árvore, ao longe...e, certo dia, observamos que tem algo mais lá...e não sabemos o que é...intuitivamente, observamos se esse algo mais está se afastando ou se aproximando da árvore...e assim, podemos dizer se esse algo mais está ou não em movimento. Nesse caso, estamos usando a árvore como referencial para caracterizar o estado de movimento ou de repouso desse algo mais. Em outras palavras, podemos dizer que referencial é um ponto ou um corpo que utilizamos para caracterizar o estado de movimento ou de repouso de um outro corpo.

* Velocidade relativa – corpos que se movimentam na mesma direção e sentido, apresentam velocidade relativa que é dada pela subtração desses valores. Por exemplo, ao se movimentar numa estrada com velocidade de 90 km/h, ao ser ultrapassado por um outro veículo com velocidade de 100km/h, você verá tal veículo se afastar de você, lentamente, isto é, com velocidade de 10 km/h que é a subtração de 90km/h de 100 km/h. Quando os veículos se movem na mesma direção mas em sentidos contrários, a velocidade relativa entre eles é dada pela soma. No caso descrito, essa velocidade seria de 190km/h.

* Velocidade da Luz – a velocidade da luz no vácuo é de aproximadamente 300 000 km/s, isto é, a cada segundo a luz percorre 300 000 km.

O primeiro "sabor" da compreensão da teoria da relatividade acontece quando entendemos que a imagem que vemos do Universo quando olhamos para as estrelas, é uma imagem do passado.

A luz é um fenômeno ondulatório que permite-nos o sentido da visão. Assim, quando vemos a luz de uma estrela, estamos vendo uma luz que viaja pelo espaço com essa velocidade (300 000 km/s). Como as dimensões do espaço são muito vastas, isso significa que, a cada 300 000 km que essa luz percorreu, temos um atraso de 1 segundo para a imagem recebida pelos nossos olhos. Para exemplificar esse fato, imagine um raio de luz que partiu da superfície do Sol, situado a 150 000 000 de quilômetros da Terra. Para viajar essa distância, esse raio de luz demora aproximadamente 8 minutos e vinte segundos para chegar até aqui. Assim, a imagem que recebemos ao ver esse raio de luz, está com um atraso de mais de 8 minutos. Se víssemos uma explosão na superfície do Sol, teríamos que interpretar que tal explosão aconteceu a mais de 8 minutos atrás. É o tempo que ela leva para chegar até nós aqui na Terra. Acontece que o Sol é uma estrela que está bem próxima. Todas as outras se encontram a uma distância "infinitamente" grande de modo que o tempo que a luz demora para percorrer a distância entre ela e a Terra varia de acordo com a estrela observada. A estrela mais próxima do Sol, e consequentemente, a mais próxima de nós, é Alfa de Centauro que se encontra a mais de 4 anos-luz de distância, isto é, a luz tem que viajar por mais de 4 anos até que atinja nossos olhos. Uma explosão desse estrela seria vista por nós com um atraso de mais de 4 anos. Alfa de Centauro é nossa vizinha. Existem estrelas situadas a milhares, milhões e até bilhões de anos-luz de distância da Terra. De certa forma, esse fato dá um "aroma" da teoria da relatividade. Basta imaginar que um evento como uma explosão de uma estrela seria visto aqui da Terra num determinado instante que não seria o mesmo instante em que um astronauta observador perceberia essa explosão se estiver situado no planeta Plutão por exemplo, a mais de 5 milhões de quilômetros da Terra. A cada 300 000 km, ele teria um atraso de 1 segundo.

A teoria da relatividade restrita descreve fenômenos de que o senso comum duvida. Vamos analisar mais detalhadamente a dilatação do tempo. Por exemplo: para um observador parado, um relógio em movimento parece andar mais devagar do que um relógio estacionário. Este argumento parece ser difícil de ser entendido por estarmos presos no conceito da simultaneidade do tempo. Como pode ser possível entender que o tempo passa de modo diferente para observadores diferentes, só pelo fato de um estar parado e o outro em movimento? Esse fato pode ser entendido quando consideramos que o deslocamento que um móvel faz é o produto da sua velocidade pelo tempo. Qualquer estudante no final do ensino fundamental conhece essa relação e, é muito elementar esse raciocínio pois, quando dizemos que um veículo se move com velocidade de 100 km/h, entendemos perfeitamente que a cada hora ele se movimenta por uma distância de 100 km. Logo, a distância que ele percorre em 2 horas é o produto da velocidade pelo tempo, isto é: distância = 100 X 2 = 200 km. Admitindo esse mesmo argumento, podemos dizer que o tempo é a divisão da distância pela velocidade. Logo, se 200 = 100 X 2, isso significa que 2 é o resultado de 200 dividido por 100. Usando letras para representar esses valores, podemos escrever: d = v X t, logo, t = d / v.

Para entender como o tempo pode ser diferente para observadores diferentes em movimento relativo, considere a seguinte experiência imaginada pelo próprio Einstein.

Um observador dentro de uma cabine fechada, que se encontra em movimento retilíneo, no espaço, com velocidade constante, marca o tempo que uma bola leva para percorrer a distância entre o piso e o teto. Considere que a bola da figura (1) oscila com velocidade constante demorando um segundo para ir do piso ao teto e mais um segundo, do teto ao piso. Enquanto a bola bate e rebate, o observador dentro da cabine sabe que a cada segundo a bola percorre a distância d entre o piso e o teto. Assim o tempo está associado a distância de modo que, a cada segundo a distância percorrida entre o piso e o teto que é a altura da cabine e, da mesma forma, a cada distância d, percorrida, o tempo gasto é 1 segundo. Lembre-se que a cabine se movimenta em linha reta pelo espaço, entretanto, o observador dentro dela só percebe o movimento da bolinha no seu interior.

Admita, agora, que esse evento esteja sendo visto por um outro observador, que se encontra parado, na superfície de um planeta. Imagine que ele também possa ver o movimento da bola e registrar o tempo decorrido entre as batidas no piso e no teto. Se a cada distância d corresponde a um segundo, esse observador comprovará que o tempo decorrido dentro da cabine passa mais lento do que seu relógio registra, pois, a cada segundo decorrido em seu relógio, não é o tempo suficiente para que a bola percorra a distância d. No seu referencial – a Terra – a distância d parece ser maior pois além do movimento de vai e vem da bola, ele observa que a cabine está se movimentando para frente. Logo, no referencial do observador que está em repouso, percebe-se uma composição de movimento, de modo que a trajetória da bola se mostra como a linha em diagonal mostrada na figura (2).

A trajetória da bola para o observador que está em repouso, vendo o evento da superfície da Terra, é maior que aquela vista para o observador dentro da cabine. Assim, como a cada distância d que corresponde a altura da cabine, para o relógio do observador que viaja pelo espaço decorre um segundo, para o observador parado, o tempo será maior, já que a distância percorrida vista por ele é maior. Lembre-se que estamos considerando a medida do tempo em função da distância d percorrida pela bola. Como a distância de percurso entre o piso e o teto aumentou devido a inclinação da trajetória da bola vista pelo observador que está parado, isso significa que ele medirá um tempo maior que um segundo entre as batidas bola.

Se julgar necessário, veja novamente as figuras 1 e 2 observando as trajetórias descritas pela bola na visão de cada um dos observadores.

As duas teorias: da Relatividade Restrita e da Relatividade Geral sustentam a noção de que não há movimentos absolutos no Universo, apenas relativos. Para Einstein, o Universo não é plano como na geometria de Euclides, nem o tempo é absoluto, mas ambos se combinam em um espaço-tempo curvo. Enquanto para a geometria clássica a menor distância entre dois pontos é a reta, na teoria de Einstein é a linha curva.

Albert Einstein promoveu uma ruptura conceitual revolucionária entre uma nova realidade, de um novo universo curvo e inserido num contínuum espaço-temporal e muito diferente dos conceitos mais básicos da física newtoniana. Atualmente, sabemos que as medidas do tempo só podem ser admitidas quando se considera a velocidade com que se deslocam diferentes observadores, em diferentes referenciais, que o espaço é curvado pela presença de matéria, que matéria e energia são equivalentes, etc. Desta forma, Einstein possibilitou uma nova visão para o estudo dos fenômenos atômicos, nascendo assim, com o século XX, a nova Física, chamada Física Moderna que possibilitou, com o desenvolvimento da Mecânica Quântica, através dos trabalhos de Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Erwin Schrödinger e outros, descobertas de estranhas propriedades quânticas da matéria. Assim, a Física deixou de ser determinística para se tornar uma ciência de probabilidades, isto é, em que a exatidão é incerta.

As transformações inseridas pela Relatividade permitem afirmar que é a mente do homem que vemos refletida na matéria. A ciência da Física é uma construção mental com a qual cientistas e poetas, imaginam e multiplicam inúmeros significados e valores, na busca por entendimento e propósito. O modo de ver e sentir o Universo é parte de nossa experiência e interpretação do mundo. Nossa realidade é fruto de um trabalho mental que apresenta os contornos de quem observa e escolhe o quê e como observar.