Relatividade Geral completa 110 anos

A Teoria da Relatividade Geral (TRG), cuja primeira proposição foi feita por Albert Einstein em novembro de 1915, mudou completamente nossas concepções sobre o cosmos, o espaço, o tempo e a gravidade. A TRG, em termos simples, diz que a gravidade não é uma força, mas uma curvatura do espaço-tempo causada por objetos massivos. Pense em uma bola de boliche sobre um trampolim: a bola entorta o trampolim, e objetos próximos seguirão a superfície curvada, da mesma forma que objetos no espaço seguem a curvatura do espaço-tempo causada por corpos massivos. Esse entortamento também afeta a passagem do tempo, causando mais lentidão em campos gravitacionais mais fortes.

A TRG descreve a gravidade não como uma força, mais sim como uma curvatura de um contínuo quadridimensional denominado espaço-tempo, que combina tempo e espaço. Objetos massivos (como planetas, estrelas e buracos negros) distorcem o espaço-tempo em volta deles, criando um mergulho ou curva. Os objetos se movem ao longo de trajetórias curvas ditadas pelo espaço-tempo, o que percebemos como gravidade. A curvatura do espaço-tempo também afeta a passagem do tempo. O tempo passa mais devagar em campos gravitacionais mais fortes, o que significa que o tempo flui mais lentamente perto de objetos massivos.

Essa teoria explica por que objetos caem em direção à Terra (A Terra curva o espaço-tempo), como a luz se curva em volta de objetos massivos (lentes gravitacionais) e como buracos negros aprisionam a luz (curvatura extrema do espaço-tempo).

Apresentamos em seguida a entrevista com o Professor Emérito do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Mario Novello:

1. Em que consiste a Teoria da Relatividade Geral (TRG)?

Em 1905 a Teoria da Relatividade Especial (TRE) se estruturou a partir da consideração de que a velocidade da luz tem o mesmo valor para qualquer observador, independentemente de sua movimentação. A teoria da gravitação de Newton – baseada na ação instantânea da força gravitacional – viola essa teoria. Assim, em 1915 Einstein foi levado a elaborar uma nova teoria para compatibilizar a interação gravitacional com a TRE: a Teoria da Relatividade Geral, que associa a interação gravitacional a modificações na geometria do espaço-tempo.

Ou seja, a geometria constante da TRE – dita geometria de Minkowski – que havia sido construída para fundir em uma estrutura única o espaço e o tempo na ausência idealizada da gravitação, foi alterada por uma geometria mais ampla, não constante, determinada pela quantidade de matéria e energia presentes.

2. Qual a importância da TRG?

A gravitação, por ser universal (tudo que existe sente a interação gravitacional) é somente atrativa. Esta propriedade impede a realização controlada de experimentos gravitacionais no laboratório: somente podemos observar efeitos gravitacionais, não podemos controlá-los.

A TRG, ao descrever a geometria do mundo, introduziu um modo de entender a física para além de experimentos locais preparados em laboratório.

O exemplo mais marcante foi a descrição da TRG da evolução do Universo, permitindo, através de observações (que não se identificam com experimentos controlados), elaborar modelos cosmológicos descrevendo o nosso Universo e sua dinâmica, um processo gravitacional gerado pelas centenas de bilhões de galáxias existentes em nosso horizonte observável.

3. Como instituto de tecnologia, o IEN está interessado nas aplicações da ciência. Que tipo de aplicações tecnológicas teria a TRG?

As correções relativísticas da medida do tempo, necessárias ao bom funcionamento do GPS (Global Positioning System), são uma delas já em uso. 

4. Quais são as evidências mais fortes e claras de que a TRG está correta?

As evidências mais seguras estão na Cosmologia e na detecção das ondas gravitacionais. Somente a TRG permite entender de um modo simples o processo observado de expansão do Universo, isto é, a variação da totalidade do volume do espaço tridimensional. Ademais, a solução da TRG da força gravitacional gerada por estrelas e estruturas compactas permitiu o aparecimento da noção de buraco negro e todas as características inusitadas que ele possui. Há fortes evidências da presença dessas esdrúxulas configurações no Universo.

Escrito por: Henrique Davidovich (Setcos/ IEN)