CENTENÁRIO DE SOBRAL: O ECLIPSE QUE COMPROVOU A TEORIA DA RELATIVIDADE DE EINSTEIN

CENTENÁRIO DE SOBRAL: O ECLIPSE QUE COMPROVOU A TEORIA DA RELATIVIDADE DE EINSTEIN

Notícias
Publicado por Carlos Barbon
11 de junho de 2019

Rudnei Machado, M.Sc.[1]

 

No dia 29 de maio, comemorou-se o centenário de Sobral, o mais famoso eclipse da história.  Comprovando a teoria inicialmente proposta em 1911 e finalizada por Einstein em 1915, a Teoria da Relatividade Geral.

 

A Relatividade Especial e Geral de Einstein

 

A concepção do tempo sempre foi objeto de análise e discussão por diversos grupos sociais: matemáticos, historiadores, filósofos, físicos e tantos outros que estabeleceram o tempo como uma grandeza linear, mensurável, cíclico, imaginário, absoluto.

Na análise do tempo, dois físicos despontam com maior relevância, Galileu Galilei e Isaac Newton. Para esses dois cientistas, o tempo era uma grandeza mensurável e, portanto, poderia ser determinado e, junto do espaço, não exerceriam influência alguma sobre os movimentos dos corpos. Conforme os físicos, a grandeza tempo é absoluta, imutável, independente do referencial adotado e do observador para um determinado movimento. Para Newton, o espaço e o tempo são conceitos distintos e não intercambiáveis, isso significa dizer que dado referenciais distintos, o mesmo evento ocorre no mesmo instante para ambos os referenciais.

No final do século XIX e início do século XX, a sociedade Pós-revolução Industrial passava por profundas mudanças, mudanças essas que impulsionavam também novos avanços tecnológicos. As indústrias exerciam grande pressão sobre os governos e as instituições de Ensino Superior a desenvolverem novas técnicas que levassem a uma maior eficiência nas linhas de produção (PEREZ, 2016).  Nesse ambiente, começam a ocorrer pequenos abalos no sólido conceito de tempo absoluto de Newton. Conforme novos experimentos foram surgindo, com destaque à radiação eletromagnética de Maxwell (1870) e a radiação do corpo negro – catástrofe do ultravioleta (MACHADO, 2019), conflitavam com a Mecânica Clássica de Newton. Como explicar que a velocidade de uma onda eletromagnética é constante sem mudar o conceito do tempo? Está lançado o paradoxo entre a mecânica de Newton e a Mecânica Relativística de Einstein.

Em meio ao fervilhar de tantos experimentos, tantas teorias, segundo JOAQUIM (2017), um jovem promissor, chamado Einstein (1879 – 1955), em 1905, chamado de ‘ano miraculoso de Einstein’, propõe a Teoria da Relatividade Especial.

A Relatividade Especial é baseada em dois princípios fundamentais:

  1. A constância da velocidade da luz – num determinado meio, todas as ondas eletromagnéticas (inclusive a luz) se propagam com a mesma velocidade, independentemente da fonte que a produziu e da velocidade desta fonte. Essa velocidade, a velocidade da luz, é constante e o limite superior para velocidades no Universo; nada pode superar a velocidade da luz, limite da natureza. Isso, provoca a variação no conceito do espaço-tempo, que agora deixam de ser conceitos absolutos para se tornarem conceitos relativos.
  2. O princípio da Relatividade Restrita – experiências realizadas dentro de um referencial inercial, corpos que possuem movimento de translação uniforme, não possibilitam que consigamos perceber o seu movimento. Como exemplo, podemos citar o movimento de translação da Terra em torno do Sol que se dá quase com velocidade constante, por esse motivo não conseguimos perceber que o planeta Terra está se movendo em relação ao Sol. O princípio diz que as leis da física são as mesmas para todos os observadores que se movem a uma velocidade relativa constante, não mudam em referencias inerciais.

Como consequência dos princípios acima, temos os efeitos mais comentados, dilatação do tempo, também conhecida como contração de Lorentz, que o tempo transcorre mais lentamente para corpos se movem próximos da velocidade da luz. Por esse motivo não conseguimos perceber essa contração temporal, pois os nossos movimentos se dão numa escala muito menor do que a velocidade da luz. Já na física de partículas é possível percebermos essa dilatação temporal pois as partículas se movem em velocidades próximas à velocidade de luz.

Outra consequência é a relação direta entre massa e energia, na equação física mais conhecida do mundo:

E = m.c2

Em 1915, Einstein faz a generalização da Relatividade Especial e ampliação do conceito da Teoria da Gravitação de Newton para movimentos acelerados, publicando a versão definitiva em 1916, que implicou numa quebra do paradigma espaço-tempo. A presença de uma massa gera a curvatura do espaço e do tempo, sendo que a atração gravitacional não é mais vista como uma força, mas sim como a curvatura do espaço-tempo. A gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo, ou seja, a gravidade aumenta na medida que nos aproximamos de uma massa; onde temos a gravidade agindo num sentido e a aceleração em outro sentido.

A consequência dessa curvatura do espaço-tempo é a não planificação do espaço-tempo, isso faz com que o caminho mais longo ou mais curto entre dois pontos não seja uma reta, mas sim uma curva chamada geodésica. Os movimentos passam a ser vistos sempre por meio das geodésicas do espaço-tempo quadrimensional (comprimento, largura, altura e tempo), em que a presença de uma massa curva o espaço-tempo, ao passo que a não presença de um corpo massivo implica numa trajetória retilínea no espaço tridimensional. Em outras palavras, a gravidade é uma consequência da curvatura do espaço-tempo.

 

Sobral e a Teoria da Relatividade Geral

 

Einstein previu que a luz de uma estrela deveria sofrer um desvio em sua trajetória ao passar bem próximo de um corpo massivo como o Sol, ou seja, um raio de luz passando perto de um corpo de grande massa,  o tempo transcorreria mais lentamente, “consequência da explicação elegante para a gravidade baseada na deformação do espaço-tempo” (MACHADO, p. 27, 2019).

A ideia para provar a Teoria da Relatividade Geral era  fotografar a posição relativa das estrelas em redor do Sol, tornadas visíveis quando o disco solar fosse encoberto pela Lua e comparar essas posições com as posições normais das mesmas estrelas, com o uso de fotografias tiradas à noite, do mesmo local, sendo possível determinar a deflexão sofrida pela luz, que para Einstein seria de 1,7 segundos de arco de grau (VIDEIRA, 2005).

 

Figura 1 – Posição relativa das estrelas na presença do Sol e na ausência do Sol.

Fonte: Ciência Viva

 

Um astrônomo inglês, chamado Arthur Eddington, conseguiu convencer a coroa inglesa a fazer duas expedições para a observação do eclipse solar que ocorreria em 2019. Uma equipe foi para a ilha de São Tomé e Príncipe, na África e a outra expedição foi para Sobral, no Ceará.

 

Figura 2 – Trajetória do Eclipse Solar em em 29 de maio de 1919.

Fonte: Seara da Ciência

 

No dia 29 de maio, na ilha de São Tomé e Príncipe o dia foi todo chuvoso, com abertura do céu próximo da hora do eclipse, o que possibilitou 2 fotos com 5 estrelas, que indicou um desvio da trajetória do raio de luz de 1,6” de arco de grau. Já em Sobral,  choveu pouco e logo depois o céu estava totalmente limpo, possibilitando 8 fotos com 7 estrelas cada, gerando o desvio de 1,98”. Logo depois, fizeram as fotos sem a presença do corpo maciço, o Sol; para que fosse possível fazer a comparação entre as medidas.

Os resultados encontrados foram apresentados por Eddington na Royal Society de Londres em 6 de novembro de 1919, validando a Teoria da Relatividade de Einstein e, provando que a Teoria da Gravitação de Newton é um caso particular dentro da Relatividade Geral de Einstein. Após a apresentação dos resultados, Einstein virou uma celebridade tanto no meio acadêmico como no meio

 

Figura 3 – Chapa fotográfica do Eclipe Solar em Sobral

Fonte: Observatório Nacional

 

REFERÊNCIAS

ANDRADE, R. O. O Eclipse que confirmou Einstein. Revista Pesquisa Fapesp, ed. 240, fev. 2016. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/2016/02/19/o-eclipse-que-confirmou-einstein/> acesso 28 de março de 2019

 

CIÊNCIA VIVA. Eddington e o Peso da Luz. 2019. Disponível em: <http://www.cienciaviva.pt/projectos/eddington.asp> . Acesso em: 28/03/2019.

Info Escola. Teoria da Relatividade. Disponível em:                                                    <https://www.infoescola.com/fisica/teoria-da-relatividade/>. Acesso em: 14 abril. 2019.

 

JOAQUIM, F. Introduction to particle Physics. 2017. Disponível em: <https://indico.cern.ch/event/577125/contributions/2676177/attachments/1519578/2373256/FJoaquim_Escola_Profs_CERN_2017_2de4.pdf>. Acesso em: 28/03/2019.

 

MACHADO, R. O uso da mecânica quântica para o ensino de matrizes : uma proposta didática para aplicação em aula. Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional, Curitiba, 2019.

 

PEREZ, S. Mecânica quântica: um curso para professores da educação básica. São Paulo: Livraria da Física, 2016.

 

SEARA DA CIÊNCIA. Sobral. Disponível em: <http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/sobral1919/sobral4.htm>. Acesso em 28 de março de 2019

 

TEIXEIRA, K. Sobral e a Teoria da Relatividade – O Eclipe de 1919. Blogger. Disponível em: <http://www.blogdokleberteixeira.com.br/2018/05/sobral-e-teoria-da-relatividade-o.html> Acesso em 28 de março de 2019.

[1] Professor Embaixador do CERN – Organização Europeia para Pesquisa Nuclear e Professor de física do Colégio Global  – rudneimachado@gmail.com

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