“Imagine o espaço como...” Um texto que começa com essa frase leva a pensar que em seguida virá a explicação de alguma teoria complicada que por meio de analogias se torna mais compreensível. A teoria da relatividade, elaborada pelo famoso físico Albert Einstein entre os anos de 1905 e 1916, é um dos modelos científicos que mais sofre com esse tipo de simplificação. “Na minha opinião a maioria das tentativas de divulgação da teoria da relatividade geral, feitas até hoje, foram mal sucedidas”, desabafa o físico da Universidade Federal Fluminense, José Antônio e Souza. A chance de cometer erros, segundo ele, aumenta quando se tenta aproximar os conceitos da teoria da relatividade a aplicações tecnológicas, alimentando o imaginário humano com possibilidades tais como a de viajar no tempo (leia mais sobre este assunto).
Não, nem tudo é relativo
A popularização da teoria da relatividade fez com que o conceito de que tudo é relativo também se tornasse um jargão. Mas atribuir a expressão “tudo é relativo” a Einstein e anunciá-la como um dos pressupostos da teoria da relatividade é outra história. Para ele, TODO MOVIMENTO é relativo. Aliás, a teoria da relatividade foi chamada por seu autor de Teoria dos Invariantes e não há nada menos relativo do que algo “invariante”. “Para Einstein, um modelo só merecia confiança quando não dependia do referencial”, salienta Souza.
Sendo coerente com esse pensamento, quando propôs entre os anos de 1905 e 1907 a teoria da relatividade restrita ou especial, Einstein se baseou em dois postulados fundamentais. O primeiro coloca a velocidade da luz como única invariante e como conseqüência disso, nenhum tipo de matéria ou unidade portadora de informação consegue ultrapassar a velocidade de aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo. Este postulado tem resistido a vários testes feitos com a utilização de aceleradores de partículas. O segundo é justamente o de que as leis que descrevem fenômenos físicos não podem depender do movimento do observador, ou seja, de que o comportamento da natureza (fenômenos) acontece da mesma forma em todo o universo.
Dilatação do tempo
A teoria da relatividade prevê que os objetos em movimento sofram o efeito de dilatação do tempo que pode ser maior ou menor de acordo com a velocidade. Assim, o tempo para um objeto ou para uma pessoa dentro de outro objeto em alta velocidade passa mais lentamente do que para objetos que se movimentam a baixas velocidades. Esse efeito já foi observado em testes com relógios de alta precisão colocados em aeronaves muito velozes e poderia, em tese, ser utilizado para fazer uma “viagem de sentido único para o futuro”.
Para um astronauta que viajasse a uma velocidade de 98% da velocidade da luz, cada ano percorrido por ele corresponderia a cinco anos passados no tempo da Terra. Caso essa viagem durasse 20 anos, ele teria viajado 20 anos em direção ao futuro, envelhecendo apenas quatro anos. “A dilatação do tempo, na teoria da relatividade restrita, é um efeito puramente cinemático. O atraso nos relógios dos observadores deve-se única e exclusivamente ao seu estado de movimento”, enfatiza o físico Carlos Romero Filho, da Universidade Federal da Paraíba (UFPB).
Mas, antes de entender como ocorre o efeito de dilatação do tempo é importante entender o conceito de espaço-tempo que é fundamental para a teoria da relatividade geral. A junção de espaço e tempo em um único conceito foi proposta por um ex-professor de Einstein, o matemático Herman Minkowski, em 1908. Por meio desse novo modelo os objetos e eventos tinham que ser pensados de forma quadridimensional (4D) descritos através de três coordenadas de espaço (comprimento, largura e altura) e o tempo. “A representação do mundo por coordenadas cartesianas, através de um modelo bidimensional foi alternado a partir daí”, acrescenta Souza.
Segundo Romero, a dilatação do tempo acontece pelo simples fato de que no espaço-tempo de Minkowski, partículas não aceleradas seguem curvas geodésicas que, ao contrário do que se passa no espaço euclidiano, podem ser definidas como curvas que maximizam a distância entre dois pontos. “Quero dizer aqui que o campo gravitacional não entra em jogo, e que o atraso nos relógios dos observadores deve-se única e exclusivamente ao seu estado de movimento acelerado”, esclarece Romero.
Na verdade, foi Minkowski e não Einstein quem expôs a idéia de que o espaço e o tempo dependem crucialmente do observador e são, portanto, relativos. “A distância espacial entre dois eventos não é a mesma para dois observadores em estado de movimento diferente. O tempo também não flui igualmente para esses observadores”, exemplificou o físico.
Distorções no espaço-tempo e viagens no tempo
Foi com base nesse conceito de espaço-tempo que Einstein formulou sua proposta de geometrizar a gravitação na teoria da relatividade geral. Para ele a geometria do universo é curva e não plana. “Olhando em retrospectiva, vemos que seria impossível realizar essa tarefa mantendo espaço e tempo como grandezas independentes e separadas”, analisa Romero.
Para Einstein, o espaço-tempo envolve todos os objetos maciços (planetas, estrelas...) através de seu encurvamento. E esse encurvamento é o que se chama de “força da gravidade”, que não é na verdade uma força, mas sim a curvatura do espaço-tempo sobre a matéria. Em campos gravitacionais fortes, próximos a objetos de grande massa, também ocorre o fenômeno de dilatação do tempo, mas nesse caso, devido à aceleração. “Quando se trata de gravidade o único fato é que todos os corpos caem, todas as outras explicações são modelos. Einstein propôs um outro modelo, diferente do newtoniano para o qual a gravidade era uma força de atração”, sintetiza Souza.
E, em maio de 1919, uma expedição de cientistas feita à cidade de Sobral, no Ceará, conseguiu, por meio de imagens feitas durante o eclipse solar, fortes evidências sobre essa curvatura no espaço-tempo. As fotos mostraram que a luz das estrelas localizadas próximas ao sol realmente sofriam pequenos desvios. Esta foi a primeira comprovação empírica de uma previsão da teoria da relatividade geral.
Segundo Romero, a entrada em cena do campo gravitacional, agora como uma geometria do espaço-tempo, revolucionou completamente a maneira de encarar o espaço e o tempo. Isso porque essa geometria não é, como na teoria newtoniana e euclidiana, estática. “Em termos cosmológicos, a geometria do espaço-tempo assume um caráter dinâmico, e é assim que procuramos descrever hoje a evolução do universo”, conta o físico da UFPB.
Curvas fechadas de caráter temporal
Em 1949, o matemático austríaco Kurt Gödel encontrou uma solução para as equações da relatividade geral que demonstrava a existência das chamadas curvas fechadas do tipo-tempo que existiriam graças às deformações do espaço-tempo provocadas pela gravitação.
Essa formulação foi possível porque, segundo a teoria da relatividade, qualquer partícula material possui uma linha de universo do tipo-tempo que está sempre confinada no chamado cone de luz local. Essa idéia expressa matematicamente o fato de que nada pode viajar mais rápido do que a luz. No entanto, Gödel demonstrou que a gravitação pode 'entortar' esses cones de luz e fazer com que as curvas do tipo-tempo fechem-se sobre si mesmas provocando um retorno ao passado. “Saindo da linguagem dos físicos, o que isso quer dizer é que é possível um viajante, sem violar o princípio relativista de que a velocidade da luz é a maior velocidade possível, voltar para o seu passado, descrevendo uma linha de universo fechada”, explicou Romero.
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Simulação de buraco negro: Poderiam ser usados como 'máquinas do tempo' ? |
Existem ainda, outras situações diferentes do universo de Gödel, tais como nas proximidades de um buraco negro ou dos chamados "buracos de minhoca" , em que essa volta ao passado seria teoricamente possível. “A grande dificuldade em se aceitar que uma partícula material possa ter uma linha de universo que permita uma volta ao passado é o problema da aparente violação da causalidade que provoca paradoxos relacionados à mudança do passado”, acredita Romero. A série “De volta para o futuro ”, de Robert Zemeckis oferece exemplos de paradoxos temporais que poderiam acontecer caso as viagens no tempo fossem possíveis. “Mas é claro que uma viagem no tempo nunca seria possível em um carro como aquele”, ironiza Souza.
Apesar da possibilidade teórica de se viajar no tempo, quem espera poder participar de uma viagem desse tipo não tem muitos motivos para se animar. Segundo a opinião dos dois físicos especialistas em relatividade, as dificuldades tecnológicas de tal empreitada tornam a possibilidade muito remota. “Por mais que avance nossa tecnologia, não acredito que seja possível algum dia empreendermos uma viagem ao passado na forma como essa possibilidade se apresenta teoricamente na relatividade geral”, acredita Romero. “Apesar de haver a possibilidade teórica, com as tecnologias que dispomos hoje, seria necessário uma quantidade de energia superior a que dispomos em todo planeta”, acrescenta Souza.
Também para ambos seria pouco desejável o investimento hoje em pesquisas com a finalidade de descobrir tecnologias que possibilitem viagens no tempo. “Não acredito que existam grupos de pesquisa trabalhando hoje na construção de máquinas do tempo ou coisas do tipo. Na minha opinião, se as viagens no tempo se tornarem possíveis algum dia, isso será fruto de idéias simples e não de pesquisas e tecnologias caras e complexas”, finaliza Souza.
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