Entenda de uma vez: Teoria da Relatividade

Já dizia Shakespeare, “o mundo todo é um palco”. Ok, mas que palco é esse? Pode existir uma pergunta mais fundamental do que, afinal de contas, o que são o espaço e o tempo?

Devemos nossa atual compreensão desses mistérios ao gênio mais famoso que já existiu: Albert Einstein. Curiosamente, quando ele começou a desenovelar o significado de metros e segundos, réguas e relógios, sua ambição era (aparentemente) mais modesta. Einstein queria entender o comportamento da luz.

Àquela altura, na aurora do século 20, todo mundo estava mais ou menos satisfeito com a ideia de que a luz era uma onda, oscilando por um meio material chamado apenas de “éter luminífero”. Ninguém sabia o que ele era, mas toda onda precisa ter um meio para se propagar, certo? Como ter uma onda no mar sem água? Como ter uma onda acústica sem ar? Deveria haver algo que servisse como meio material para a luz.

No fim do século 19, diversos experimentos tentaram detectar esse tal “éter”, medindo a variação da velocidade da luz através dele, mas tudo que conseguiram foi demonstrar que ela era sempre a mesma, pouco importando qualquer outro movimento. Na prática, era como se o éter não existisse.

Para além dos experimentos, as consagradas equações do eletromagnetismo formuladas por James Clerk Maxwell no século 19 pareciam sugerir que a velocidade da luz no vácuo era de fato sempre a mesma. Foram elas que instigaram Einstein, aos 16 anos, a pensar como seria apostar corrida com um raio de luz. E esse experimento mental o levaria, dez anos depois, à relatividade.

(Quase) tudo é relativo

Para revolucionar a física, Einstein transformou o mistério em pressuposto: e se realmente a velocidade da luz no vácuo for sempre a mesma, independentemente de qualquer estado de movimento?

Dito assim, pode não parecer grande coisa, mas as conclusões são estonteantes. Quer ver? Imagine que você está num carro a 30 km/h e tem outro automóvel vindo na pista ao lado, na direção contrária, a outros 30 km/h. Você terá a impressão de que ele passará por você a 60 km/h. As velocidades se somam.

Agora, imagine que, em vez de um carro, quem está vindo na direção contrária é um raio de luz. Para não nos torturar com as contas, vamos imaginar que a velocidade dele fosse de apenas 100 km/h. O senso comum diria que você o verá se aproximar a 130 km/h (a sua velocidade somada à dele). Mas não. A velocidade que você medirá dele será de 100 km/h. E, se houver alguém parado à beira da estrada, ele também medirá 100 km/h. As velocidades não se somam.

Como é possível? Eis a chocante realidade: se a velocidade da luz é constante e igual para todos os observadores, o que deve variar são os quilômetros e as horas. O espaço e o tempo têm de ser relativos.

Em essência, em 1905, Einstein reescreveu Shakespeare. Não é o mundo todo que é um palco; em vez disso, cada observador tem seu próprio palco! E a única coisa que unifica todos os palcos é a constância da velocidade da luz, o que traz conclusões assustadoras e encantadoras. Exemplo: se fosse possível atingir a velocidade da luz, o tempo pararia por completo para você.

Certo. Mas como não percebemos isso no dia a dia? Bem, a questão é que a velocidade da luz não é 100 km/h. É de estonteantes 300 mil km/s, um número tão grande, comparado às velocidades do cotidiano, que podemos “arredondar” esses pequenos efeitos sobre o espaço e o tempo para zero em condições normais.

Ocorre que esses efeitos se tornam relevantes quando usamos tecnologias de alta precisão. Seria impossível, por exemplo, entender toda a gama de processos do mundo das partículas elementares sem a relatividade. Da mesma maneira, sistemas como os satélites GPS seriam impossíveis caso o físico estivesse errado, pois é com os cálculos relativísticos que se pode manter seus relógios de bordo sincronizados com os da Terra.

Espaço e tempo são realmente relativos, e isso mudou tudo na ciência e na tecnologia do século 20. Mas, para Einstein, foi só o começo.

Contração do espaço

Quanto mais rápido você anda, mais o espaço se contrai no sentido do seu movimento.

Dilatação do tempo

Quanto mais rápido você anda, mais devagar o tempo passa para você.

Simultaneidade relativa

Dois eventos que ocorrem juntos para um observador podem não ser simultâneos para outro.