Como a Relatividade Geral revolucionou o mundo

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A Relatividade Geral é uma das grandes teorias físicas que objetiva a explicação do universo. Decerto, essa elegante teoria configura a melhor descrição atual para o entendimento da gravidade e suas interações com corpos macroscópicos de grande escala. Entretanto, os avanços científicos trazidos por essa teoria vão muito além do entendimento da gravidade. Com efeito, há vários avanços tecnológicos que foram possíveis graças a robustez dessa teoria.

Nesse sentido, vamos nesse artigo adentrar no mundo da teoria da Relatividade Geral. Entretanto, nosso objetivo aqui não é permear elementos técnicos e formais da teoria. Decerto, nesse texto vamos falar sobre os vários impactos trazidos no mundo por essa teoria, como por exemplo vários dispostivos tecnológicos bem como aplicações importantes em áreas correlatas a física. Então gurunauta, vem comigo que hoje nós dá MeuGuru vamos adentrar nesse mundo incrível que foi inicialmente brandido por Einstein.

Noções básicas da Teoria da Relatividade Geral

De início, podemos começar a nos ater a alguns aspectos básicos da Teoria da Relatividade Geral (TRG). Com efeito, ter o conhecimento desses elementos que configuram o pilar da teoria nos ajudará a entender como as significativas aplicações dessa área foram desenvolvidas.

Entretanto gurunauta, esse não é o foco principal desse texto. Portanto, caso você deseje algumas explicações mais detalhadas pode consultar esse artigo: O que é a Teoria da Relatividade Geral. Em verdade, nele nós discutimos alguns dos elementos da TRG com maiores detalhes.

Apresentando alguns tópicos importantes

Então, dito isso, vamos apresentar algum dos elementos básicos dessa teoria. Com efeito, esses são.

  1. Princípio da relatividade: A ideia de que as leis da física devem ser as mesmas para todos os observadores, independentemente da velocidade com que se movem.
  2. Velocidade da luz: A velocidade da luz é uma constante fundamental do universo e é a mesma para todos os observadores, independentemente da velocidade com que se movem. Isso significa que não é possível para um objeto se mover mais rápido do que a luz.
  3. Espaço-tempo: A teoria da relatividade une o espaço e o tempo em uma única entidade chamada espaço-tempo. O espaço-tempo é curvo pela presença de objetos massivos, como planetas e estrelas.
  4. Dilatação do tempo: A teoria da relatividade prevê que o tempo passa mais devagar em um sistema que se move em relação a outro sistema. Esse efeito é chamado de dilatação do tempo.
  5. Contração do comprimento: A teoria da relatividade também prevê que um objeto em movimento parecerá mais curto na direção do movimento, em relação a um observador estacionário. Esse efeito é chamado de contração do comprimento.
  6. Massa-energia: A teoria da relatividade mostra que a massa e a energia são equivalentes e interconvertíveis, de acordo com a famosa equação E = mc². Isso significa que a energia pode ser convertida em massa e vice-versa.

A verificação experimental da teoria da relatividade geral

Algo interessante relacionado a TRG é sobre como sua comprovação foi feita. Decerto, todas as teorias físicas necessitam de um teste experimental que valide suas previsões com a realidade observável. Com efeito, no contexto da TRG temos um forte protagonismo do Brasil, em particular, da cidade de Sobral no estado do Ceará, nessa árdua jornada.

De fato, foi nessa cidade que tivemos a comprovação experimental da TRG. Em especial, foi o Experimento de Sobral, realizado em 1919, é um marco importante na história da física, pois foi a primeira observação que confirmou a teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. Durante o eclipse solar daquele ano, uma equipe liderada pelo astrônomo britânico Arthur Eddington viajou para a cidade de Sobral, no Brasil, e outra equipe foi para a ilha de Príncipe, na costa oeste da África.

O que objetivava o experimento ?

Em verdade, o objetivo do experimento era observar as estrelas que estavam atrás do sol durante o eclipse e verificar se a gravidade do sol afetava sua posição no céu. Decerto, nós tinhamos em mãos previsões teóricas que nos guiavam a ideia de que a luz das estrelas deveria sofrer um desvio pela curvatura do espaço ao redor do sol. Esse desvio seria visível como uma mudança aparente na posição das estrelas durante o eclipse.

De fato, os resultados experimentais confirmaram a teoria de Einstein e nos diziam que se observarmos estrelas próximas ao sol, haveria um desvio dado ao campo gravitacional desses corpos. Assim, temos um momento histórico na física, porque a teoria de Einstein representou uma revolução nas ideias científicas sobre espaço, tempo e gravidade. Com efeito, o Experimento de Sobral mostrou que a ciência pode usar teorias e hipóteses para confirmar ou refutar ideias.

Foto de sobral: Cidade em que a Teoria da Relatividade Geral foi comprovado durante o experimento no eclipse de 1919.
Figura 1. Museu do Eclipse em Sobral — Foto: Divulgação. Fonte: G1 CEARÁ. Centenário da teoria da relatividade é celebrado em Sobral, cidade que ajudou na comprovação. Disponível em: https://g1.globo.com/ce/ceara/noticia/centenario-da-teoria-da-relatividade-e-celebrado-em-sobral-cidade-que-ajudou-na-comprovacao.ghtml. Acesso em: 05 mai. 2023.

As aplicações da relatividade geral na tecnologia moderna

Até então, nós apenas comentamos brevemente sobre a TRG e sua origem com o experimento de Sobral. Agora, nós vamos adentrar nas aplicações em sí dessa teoria. Nesse sentido, podemos apresentar várias áreas que vão desde a indústria de geomonitoriamento, espacial até a medicina que se valem dos benefícios da TRG. Então gurunauta, confere agora algumas dessas importantes aplicações.

Sistema de Posicionamento Global (GPS)

Decerto, o Sistema de Posicionamento Global (GPS) é uma tecnologia que depende diretamente da teoria da Relatividade Geral. Além disso, talvez essa seja a aplicação mais conhecida do triunfo de Einstein.

Com efeito, isso acontece porque os satélites que compõem o sistema GPS estão em movimento e, portanto, sofrem a dilatação do tempo prevista pela teoria de Einstein. De fato, essa dilatação é um efeito que ocorre quando objetos estão em movimento em relação a outros objetos, e leva a diferenças nos relógios dos satélites em relação aos relógios da Terra. Nesse sentido, para que o GPS funcione com precisão, é necessário levar em conta essas diferenças nos relógios, o que só é possível com a teoria da Relatividade Geral.

Comunicações por satélite

Po outro lado, as comunicações por satélite também são um exemplo de como a física, em particular com o uso da TRG, tem impacto em nossas vidas cotidiana. Os satélites de comunicação orbitam a Terra em altitudes muito elevadas, em órbitas específicas e precisas, graças aos cálculos precisos de mecânica orbital e gravitação. Além disso, as informações que são transmitidas por meio dos satélites, como internet, televisão e telefonia, dependem de princípios da física, como ondas eletromagnéticas e transmissão de dados.

Ademais, nesse contexto podemos ver a forte corrida espacial que se instala sobre os atuais países. Decerto, tanto indústrias privadas como a Starlink quanto orgãos governamentais como a NASA vem buscando estabelecer redes de comunicações via satélites. Além disso, nós temos o grande destaque também ao uso do James Webb que vem sendo utilizado para investigar as profundezas do nosso cosmo.

Medicina e relatividade geral ?

Ademais, outra área que se beneficia dos desenvolvimentos teóricos da teoria da Relatividade Geral é a medicina. Através de sua compreensão sobre a gravidade, a teoria ajudou no desenvolvimento de técnicas de imagens médicas, como a tomografia computadorizada e a ressonância magnética. Essas técnicas permitem que os médicos visualizem o interior do corpo humano com precisão sem a necessidade de procedimentos invasivos. Além disso, a teoria da Relatividade Geral também tem sido usada para estudar os efeitos da gravidade na saúde humana, como a osteoporose e outros problemas ósseos que podem ocorrer em astronautas que passam longos períodos em ambientes com baixa gravidade.

Referências

NASA. Teoria da Relatividade. Disponível em: https://www.nasa.gov/centers/glenn/shuttlestation/station/station-science-1.html. Acesso em: 05 mai. 2023.

INSTITUTO DE FÍSICA TEÓRICA PERIMETER. Teoria da Relatividade Geral. Disponível em: https://perimeterinstitute.ca/research/research-areas/physics-gravity-and-cosmology/general-relativity. Acesso em: 05 mai. 2023.

CALTECH. Teoria da Relatividade. Disponível em: https://www.caltech.edu/about/news/teoria-da-relatividade. Acesso em: 05 mai. 2023.

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