Como explicar simplesmente a teoria da relatividade?

Muitas vezes me fazem perguntas cuja causa é uma má compreensão da teoria da relatividade. Por exemplo:

Se os fótons não têm massa, então por que a gravidade dos buracos negros age sobre os raios de luz?

Neste artigo falarei sobre a teoria da relatividade em uma linguagem o mais simples possível, sem fórmulas complicadas e sem sentido excessivo. Então vamos começar.

elevador de einstein

Tudo começou com Einstein. Ele estava sentado lá na Suíça, trabalhando como escriturário no escritório de patentes. Ele tinha bastante tempo livre (quantas patentes existem na Suíça) e aproveitou esse tempo para pensar sobre a natureza da luz e fez o seguinte experimento mental:

Suponha que um homem esteja dentro de um elevador trancado parado no chão. Se ele jogar, por exemplo, uma maçã, ela cairá com aceleração igual a g. E se em algum lugar do espaço houver outra exatamente a mesma cabine de elevador, mas ela se move com aceleração igual a g? Existe alguma maneira de descobrir experimentalmente em qual das duas cabines do elevador estamos? Acontece que não há como distinguir a primeira situação da segunda. Todos os processos físicos serão executados exatamente da mesma forma dentro de ambas as cabines. A partir disso, Einstein concluiu que não há diferença entre gravidade e aceleração.

Parece que e daí? Mas Einstein não seria Einstein se não fosse além. Suponha que estejamos em um elevador movendo-se com aceleração e acenda uma lanterna de uma parede à outra. A luz se propaga em linha reta, mas como o elevador está em movimento, enquanto a luz vai de uma parede do elevador à outra, o elevador também percorre uma certa distância. Na parede oposta, a luz incidirá logo abaixo do ponto de onde veio. Do ponto de vista do observador no elevador, a luz viajará em uma parábola! Mas isso é explicado pelo fato de o elevador estar se movendo.

Até aqui, tudo é óbvio. Mas o que acontece se acendermos uma lanterna em um elevador parado na Terra? E então Einstein sugeriu uma ideia engenhosa: como não há diferença entre gravidade e aceleração, então em um elevador parado no chão, a luz também se moverá ao longo de uma parábola! A gravidade curva a trajetória da luz!

Como a gravidade pode afetar a luz? Afinal, todo mundo sabe que os fótons não têm massa, então como a gravidade pode agir sobre eles? Qualquer outro pesquisador teria dito: “Que bobagem” e começado de novo. Mas essas pequenas coisas nunca pararam Einstein. Ele pensou, ok, deixe a luz viajar em linha reta, mas este espaço em si é curvo.

Para os físicos da época, isso pode não ter soado como um absurdo completo, mas estava próximo disso. No final, Einstein passou doze anos desenvolvendo uma base matemática para sua teoria. E ele fez.

Quando começaram a calcular coisas diferentes com a nova teoria, descobriu-se que os resultados dos cálculos concordavam muito melhor com as observações. A Teoria da Relatividade deu uma explicação para o deslocamento do periélio da órbita de Mercúrio, que não tinha explicação sob a teoria da gravitação de Newton. Então, durante um eclipse solar em 1919, também foi possível detectar a curvatura da luz das estrelas prevista pela teoria da relatividade ao passar perto do Sol, que geralmente não é visível quando o Sol não está escurecido.

Então tivemos que aceitar a teoria da relatividade. Desde então, muitos experimentos foram realizados e todos mostraram excelente concordância com a teoria da relatividade.

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