O que é a Teoria da Relatividade?

albert einsteinÉ uma das ideias mais brilhantes de todos os tempos – e certamente também uma das menos compreendidas. Em 1905, o genial físico alemão Albert Einstein afirmou que tempo e espaço são relativos e estão profundamente entrelaçados. Parece complicado? Bem, a ideia é sofisticada, mas, ao contrário do que se pensa, a relatividade não é nenhum bicho-de-sete-cabeças. A principal sacada é enxergar o tempo como uma espécie de lugar onde a gente caminha. Mesmo que agora você esteja parado lendo, você está se movendo – pelo menos, na dimensão do tempo. Afinal, os segundos estão passando, e isso significa que você se desloca pelo tempo como se estivesse em um trem que corre para o futuro em um ritmo constante. Até aí, nenhuma novidade bombástica. Mas Einstein também descobriu algo surreal ao constatar que esse “trem do tempo” pode ser acelerado ou freado. Ou seja, o tempo pode passar mais rápido para uns e mais devagar para outros. Quando um corpo está em movimento, o tempo passa mais lentamente para ele.

Se você estiver andando, por exemplo, as horas vão ser mais vagarosas para você do que para alguém que esteja parado. Mas, como as velocidades que vivenciamos no dia-a-dia são muito pequenas, a diferença na passagem do tempo é ínfima. Entretanto, se fosse possível passar um ano dentro de uma espaçonave que se desloca a 1,07 bilhão de km/h e depois retornar para a Terra, as pessoas que ficaram por aqui estariam dez anos mais velhas! Como elas estavam praticamente paradas em relação ao movimento da nave, o tempo passou dez vezes mais rápido para elas – mas isso do seu ponto de vista. Para os outros terráqueos, foi você quem teve a experiência de sentir o tempo passar mais devagar. Dessa forma, o tempo deixa de ser um valor universal e passa a ser relativo ao ponto de vista de cada um – daí vem o nome “Relatividade”. Ainda de acordo com os estudos de Einstein, o tempo vai passando cada vez mais devagar até que se atinja a velocidade da luz, de 1,08 bilhão de km/h, o valor máximo possível no Universo.

A essa velocidade, ocorre o mais espantoso: o tempo simplesmente deixa de passar! É como se a velocidade do espaço (aquela do velocímetro da nave) retirasse tudo o que fosse possível da velocidade do tempo. No outro extremo, para quem está parado, a velocidade está toda concentrada na dimensão do tempo. “Einstein postulou isso baseado em experiências de outros físicos e trabalhou com as maravilhosas consequências desse fato”, diz o físico Brian Greene, da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, autor do livro O Universo Elegante, um best seller que explica em linguagem simples as ideias do físico alemão. Mas as descobertas da Relatividade não param por aí. Ainda em 1905, Einstein concluiu que matéria e energia estavam tão entrelaçadas quanto espaço e tempo. Daí surgiu a célebre equação E = mc² (energia = a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado), que revela que uma migalha de matéria pode gerar uma quantidade absurda de energia.

Por fim, em 1916, Einstein examinou a influência do espaço e do tempo na atração entre os corpos e redefiniu a gravidade – até então, a inquestionável física clássica de Isaac Newton (1642-1727) considerava apenas a ação da massa dos corpos. Sua Teoria da Relatividade, definida em uma frase dele mesmo, nos deixou mais próximos de “entender a mente de Deus”. Einstein mostrou que espaço, tempo, massa e gravidade estão intimamente ligados. Segundo ele, tudo no Universo se move a uma velocidade distribuída entre as dimensões de tempo e espaço. Para um corpo parado, o tempo corre com velocidade máxima. Mas quando o corpo começa a se movimentar e ganha velocidade na dimensão do espaço, a velocidade do tempo diminui para ele, passando mais devagar. A 180 km/h, 30 segundos passam em 29,99999999999952 segundos. A 1,08 bilhão de km/h (a velocidade da luz), o tempo simplesmente não passa.

Uma consequência dessa alteração da velocidade do tempo é a contração no comprimento dos corpos. Segundo a Teoria da Relatividade Especial (a primeira parte da teoria de Einstein, elaborada em 1905), quanto mais veloz alguma coisa está, mais curta ela fica. Por exemplo: quem visse um carro se mover a 98% da velocidade da luz o enxergaria 80% mais curto do que se o observasse parado. Na chamada Teoria Geral da Relatividade (a segunda parte do estudo, publicada em 1916), Einstein usou a constatação anterior para redefinir a gravidade. Isso pode ser demonstrado com um exemplo simples: em alguns tipos de brinquedo comum em parques de diversões, a rotação da máquina mantém as pessoas grudadas na parede pela força centrífuga, como se houvesse uma “gravidade artificial”. A gravidade real também funciona assim. O Sol curva tanto o espaço ao seu redor que mantém a Terra em sua órbita, como se ela estivesse “grudada na parede”, lembrando o exemplo do brinquedo. Já a força que prende as pessoas ao chão é a curvatura criada pela Terra no espaço ao seu redor.

Einstein também descobriu que, quanto maior a gravidade, mais lento é o ritmo da passagem do tempo. Por isso, ele chamou essa força de “curvatura no tecido espaço-tempo”.5 – Uma aplicação prática da Relatividade é a calibragem dos satélites do GPS, que orientam aviões e navios. Pela Relatividade Especial, sabe-se que a velocidade de 14 mil km/h dos satélites faz seus relógios internos atrasarem 7 milionésimos de segundo por dia em relação aos relógios da Terra. Mas, segundo a Relatividade Geral, eles sentem menos a gravidade (pois estão a 20 mil km de altitude) e adiantam 45 milionésimos de segundo por dia. Somando as duas variáveis, dá um adiantamento de 38 milionésimos por dia, que precisa ser acertado no relógio do satélite. Portanto, se não fosse pela teoria de Einstein, o sistema acumularia um erro de localização de cerca de 10 km por dia.

Fonte: Mundo Estranho.

____________

Entenda a equação mais famosa do mundo

E=mc² é talvez a equação mais famosa de todos os tempos. Ela foi proposta pelo físico alemão Albert Einstein no começo do século passado e descreve a sua teoria da relatividade geral. Entenda melhor o que ela significa no vídeo a seguir:

Caso você queira saber mais sobre Albert Einstein, não terá muito trabalho para encontrar na internet inúmeros sites e documentos sobre o gênio. Muitos deles foram, inclusive, organizados por instituições muito respeitáveis ou cientistas de renome, como é o caso do vídeo criado pela Universidade de Yale, Einstein for the Masses, e de uma série de palestras produzidas pela Universidade de Stanford. Para enriquecer ainda mais as informações disponíveis sobre Einstein, a Universidade Hebraica de Jerusalém lançou um site no qual disponibiliza uma coleção de cartas e manuscritos do físico, que eventualmente deve ultrapassar os 80 mil documentos. Chamado de Einstein Archives Online, o site disponibiliza correspondências pessoais, cadernos, diários de viagem e documentos, científicos ou não, que oferecem uma visão completamente nova sobre a vida pessoal e profissional do físico alemão.

____________

Os fundamentos do espaço-tempo

Esta série de animação em 3 vídeos explica de maneira rápida e simples a teoria mais recente da física moderna acerca da relatividade espaço-temporal do Universo, proposta por Albert Einstein (1879-1955). No total, são pouco mais de 13 minutos de vídeo. Abrindo mão da linguagem técnica, equações matemáticas ou qualquer outro tipo de erudição, os vídeos explicam a teoria numa linguagem acessível a nós, leigos e curiosos.

____________

No vídeo abaixo, o professor de filosofia da USP Osvaldo Pessoa fala sobre 10 problemas relacionados com o tempo que surgiram em função das descobertas da física moderna.

Bóson de Higgs é eleito a descoberta científica do ano pela revista americana Science

A detecção do bóson de Higgs, partícula elementar que confere massa à matéria, chegou ao fim de 2012 no topo da lista da revista americana Science, que elege as descobertas científicas mais importantes do ano. Editada pela AAAS (Associação Americana para o Avanço da Ciência), a revista também destacou o pouso do robô Curiosity em Marte e o experimento que usou células-tronco para criar óvulos de camundongos. A escolha do bóson de Higgs pelo comitê da AAAS era esperada. A revista, porém, deu boa parte do crédito pela descoberta a físicos teóricos que previram as manifestações da partícula – trabalho feito ao longo de 40 anos. A detecção do bóson no acelerador de partículas LHC, anunciada na Suíça em julho, foi o ápice de uma empreitada que completou, finalmente, o Modelo Padrão, a teoria que explica as partículas elementares, como o elétron e o fóton (partícula de luz). O bóson foi a última peça da teoria a ser observada. “A descoberta não foi uma surpresa, porque era o que se esperava achar. Ela veio mais como um alívio. Se o bóson não tivesse sido encontrado, seria preciso repensar tudo seriamente”, diz Robert Coontz, vice-editor da Science, sobre as razões da escolha do prêmio. Logo após o anúncio, especulou-se que o Prêmio Nobel em Física de 2012 seria dado a Peter Higgs e aos outros cientistas responsáveis pela previsão teórica da partícula, o que não ocorreu.

Os físicos já sabem que o bóson de Higgs existe, mas ainda não têm dados suficientes para saber quais exatamente são as propriedades da partícula. A despeito da importância da descoberta, esse tipo de incerteza costuma impor uma certa lentidão à escolha do Nobel. Em 2013, de qualquer forma, o LHC passará por um processo de manutenção que permitirá dobrar sua potência. Espera-se que, quando o acelerador de partículas estiver produzindo colisões mais fortes, novas descobertas sejam feitas. O único item da lista que denota mais um sabor de ansiedade do que de vitória foi a escolha do robô Curiosity como um dos destaques do ano. Havia grande expectativa de que os cientistas do projeto anunciariam a descoberta de moléculas orgânicas complexas no solo marciano, o que não ocorreu. Apesar de o principal objetivo científico da missão marciana ainda estar em aberto, o sucesso da meta de engenharia do projeto – pousar um jipe de 3,3 toneladas em Marte – foi comemorado com estardalhaço. A Nasa já fala em enviar a Marte um jipe similar, mas com instrumentos científicos diferentes.

12222778

Fonte: Folha.


Bóson de Higgs e os mistérios do Universo

ciencia-e-tecnologiaO mundo assistiu recentemente a uma das maiores celebrações científicas da história, quando pesquisadores do CERN (Centro Europeu de Física de Partículas) anunciaram a descoberta do que provavelmente é o bóson de Higgs – a famosa “partícula de Deus”. A razão para tanta festa é que o tal bóson era a figurinha que faltava para completar o grande álbum das partículas, também conhecido como Modelo Padrão. Uma forma simplificada de pensar nele é imaginar uma tabelona que especifica as características de todos os componentes da matéria e da energia – constituição básica do Universo. Está tudo lá. Os subcomponentes dos famosos prótons e nêutrons (quarks), os elétrons e seus primos (léptons), as partículas que mantêm os núcleos atômicos coesos (glúons), os componentes da luz (fótons)… O problema é que algumas dessas partículas são “fantasmas”, não têm massa (caso dos fótons e dos glúons) outras, têm massa (os quarks, que formam você e tudo de concreto que existe à sua volta). Aí que entra o bóson de Higgs: ele é uma partícula que não interage com fótons, mas interage com quarks, por exemplo. E o resultado dessa interação é o quark ganhar massa (ou seja: graças a ele você não é um raio de luz).

Boa parte das partículas do Modelo Padrão tinham sido propostas em teoria e, depois, a existência delas foi confirmada na prática. Lindo. Mas ainda faltava uma para completar esse álbum de figurinhas: justamente o bóson de Higgs. Agora não mais. O LHC, maior acelerador de partículas do mundo, proporcionou a descoberta. E agora temos uma teoria fantasticamente bem-sucedida: ela explica 4,6% de todo o conteúdo do Universo! É isso mesmo, não tem erro de digitação. O Modelo Padrão, em toda sua grandiosidade festejada pelos físicos, não dá nem para o troco do pão quando falamos do conteúdo integral do Cosmo. Em sua maior parte, ele é composto por duas coisas que ninguém hoje faz ideia do que sejam. Você já deve ter ouvido falar delas: matéria escura (que responde por 23%) e energia escura (os 72,4% restantes). E talvez essa seja a maior razão para comemorar a descoberta do bóson de Higgs: fechamos um capítulo na história da física e abrimos outro, provavelmente muito mais empolgante. O que todo mundo no CERN agora quer saber é: que novidades se escondem além do Higgs?

Espera-se, por exemplo, que o acelerador nos permita descobrir do que é feita a tal matéria escura – entidade que sabemos existir pelo efeito gravitacional que causa na rotação das galáxias, mas jamais conseguimos observar. Pelas contas dos físicos, 23% do Universo é matéria escura. E só 4,6% é matéria normal, feita de prótons,  nêutrons, elétrons e bósons de Higgs. Aparentemente, a matéria escura é feita de partículas que não interagem com a matéria de nenhum outro modo que não seja a gravidade, por isso é difícil detectá-las. Aliás, por falar em gravitação, esse é outro grande mistério que ainda não foi totalmente esclarecido. Quer dizer, até foi, mas como se fosse bizarrice do Universo. Porque enquanto todo o resto do Universo conhecido é descrito por uma teoria quântica (o festejado Modelo Padrão), a gravidade só foi satisfatoriamente apresentada pela teoria da relatividade de Albert Einstein. Até aí, ok. Podemos conviver com duas teorias diferentes para explicar coisas diferentes, certo? O problema é que há fenômenos que combinam efeitos da relatividade com ocorrências quânticas. E aí, ao combinar as equações das duas teorias, o resultado é… Bem, dá tudo errado! As contas não fecham.

Isso faz supor que a descrição do Universo num nível mais profundo exigirá a criação de uma nova teoria, capaz de reunir a relatividade e a atual mecânica quântica no mesmo saco. Diversos esforços teóricos para “quantizar” a gravidade (em resumo, descrevê-la como uma partícula, o gráviton) têm sido feitos, mas sem balizas experimentais fica difícil saber que caminhos percorrer. A esperança é que o LHC ajude nisso, ao criar colisões de partículas com energia tal que os eventos relembrem condições similares ás que se viu no Universo logo após o Big Bang. Provavelmente essa chamada “teoria final” (ou “teoria de tudo”), se for encontrada, ajudará a entender o que é a tal energia escura – uma misteriosa força que age contrariamente à gravidade, acelerando a expansão do Cosmo – e que compõe 72,4% do Universo. Isso, com a matéria normal, já desvendada, mais a matéria escura, fechará a conta dos 100%. Mas, até que isso aconteça, os físicos terão muito trabalho nas mãos. Convenhamos: o bóson de Higgs não deu nem pro começo.

Fonte: Superinteressante.


Estrutura elementar da matéria

Clique na imagem para ver em tamanho maior:

estrutura-elementar-da-materia


Aristóteles e Higgs: uma parábola

Crônica de Marcelo Gleiser, professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de “Criação Imperfeita”; publicada no jornal Folha de S.Paulo.

Aristóteles e Peter Higgs entram num bar. Higgs, como sempre, pede uísque puro malte. Aristóteles, fiel às suas raízes, um copo de vinho.

“Então, ouvi dizer que finalmente encontraram”, diz Aristóteles, animado.

“É, demorou, mas parece que sim”, responde Higgs, todo sorridente.

Aristóteles: “Você acha que 40 anos é muito tempo? Eu esperei 23 séculos!”

“Como é?”, pergunta Higgs, atônito. “Você não acha que…”

“Claro que acho!”, corta Aristóteles. “Você chama de campo, eu de éter. No final dá no mesmo, não?”

“De jeito nenhum!”, responde Higgs, furioso. “O seu éter é inventado. Eu calculei, entende? Fiz previsões concretas.”

“Vocês cientistas e suas previsões…”, diz Aristóteles. “Basta ter imaginação e um bom olho. Você não acha que o éter é uma boa explicação para o que ocorre nos céus?”

“Há 2 mil anos, talvez. Mas tudo mudou após Galileu e Kepler”, diz Higgs.

Aristóteles olha para Higgs com desprezo: “Você está se referindo a esse ‘método’ de vocês, certo?”

“O método científico, para ser preciso”, responde Higgs, orgulhoso. “É a noção de que uma hipótese precisa ser validada por experimentos para que seja aceita como explicação significativa de como funciona o mundo.”

Aristóteles: “Significativa? A minha filosofia foi muito mais significativa para mais gente e por muito mais tempo do que sua ciência e o seu método.”

Higgs: “É verdade, Aristóteles, suas ideias inspiraram muita gente por muitos séculos. Mas ser significativo não significa estar correto.”

“E como você sabe o que é certo ou errado?”, rebate Aristóteles. “Na ciência, o que você acha que está certo hoje pode ser considerado errado amanhã.”

“Tem razão, a ciência não é infalível. Mas é o melhor método que temos para aprender como o mundo funciona”, responde Higgs.

“Nos meus tempos bastava ser convincente”, reflete Aristóteles com nostalgia. “Se tinha um bom argumento e sabia defendê-lo, dava tudo certo”, continuou. “As pessoas acreditavam em você, mas não era fácil. A competição era intensa!”

“Posso imaginar”, responde Higgs. “Ainda é difícil. A diferença é que argumentos não são suficientes. Ideias têm que ser testadas. Por isso a descoberta do meu bóson é tão importante.”

“É, pode ser. Mas no fundo é só um outro éter”, provoca Aristóteles.

“Um éter bem diferente do seu”, responde Higgs.

“E por quê?”, pergunta Aristóteles. “Pra começar, o campo de Higgs interage com a matéria comum. O seu éter não interage com nada.”

“Claro que não! Era perfeito e eterno”, diz Aristóteles.

“Nada é eterno”, rebate Higgs.

“Pelo seu método, a menos que você tenha um experimento que dure uma eternidade, é impossível provar isso!”, afirma Aristóteles.

“Touché, você me pegou”, admite Higgs. “Não podemos saber tudo.”

“E é aí que fica divertido, quando a certeza acaba. Parabéns pela descoberta do seu éter”, diz Aristóteles.

“Existem muitos tipos de éter”, afirma Higgs.

“E muitos tipos de bósons de Higgs”, retruca Aristóteles.

Higgs: “É, vamos ter que continuar a busca…”

“E o que há de melhor?”, completa Aristóteles, tomando um gole.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...
Pág. 1 de 11
%d blogueiros gostam disto: