O que é relatividade geral? Definição e princípios - Médico - 2023

Contente

A história da Física e da ciência em geral está repleta de acontecimentos que, de uma forma ou de outra, mudaram o curso dela. Momentos em que nossa concepção do Universo mudou para sempre. Y um desses eventos mais importantes foi, sem dúvida, a postulação da Teoria da Relatividade Geral..

Entre 1915 e 1916, o famoso físico alemão Albert Einstein publicou uma teoria por meio da qual a natureza de muitos processos na natureza e no Cosmos em geral poderia ser compreendida. Uma teoria que nos permitiu entender desde o movimento dos planetas até o motivo da existência da gravidade.

Com isso, Einstein rompeu com as leis tradicionais da física (incluindo as leis do movimento de Newton) e deu ao mundo uma nova visão das regras que o Universo segue. E, desde então, a Relatividade Geral continua sendo o esteio do mundo da Física. Tudo (exceto quando chegamos ao mundo quântico) funciona de acordo com ele.

Mas o que exatamente é a Teoria da Relatividade Geral? Se você sempre quis entender os fundamentos dessa teoria complicada, você veio ao lugar certo. No artigo de hoje iremos dissecar essa teoria, vendo em que a relatividade geral se baseia e quais são seus princípios. Vamos lá.

Recomendamos que você leia: “O que é Teoria das Cordas? Definição e princípios "

O que exatamente é a Teoria da Relatividade Geral?

A Teoria da Relatividade Geral é uma teoria do campo gravitacional publicada por Albert Einstein entre 1915 e 1916. Em outras palavras, é uma teoria (que pode ser refutada no futuro) que descreve, entre muitas outras coisas, a natureza elementar da gravidade.

Antes da publicação dessa teoria, acreditávamos que a gravidade, segundo a teoria de Newton, surgia como consequência de forças transmitidas à distância. Pois bem, Einstein rompe totalmente com isso e diz que a atração gravitacional não se deve a forças à distância, mas a uma curvatura do espaço-tempo. Mas vamos passo a passo.

Obviamente, estamos diante de uma teoria muito complexa que nasceu de uma das mentes mais famosas da história da ciência, por isso não podemos cobrir sua magnitude. Mas daremos as chaves para entendê-lo. Se você quiser ou precisar se aprofundar, damos acesso a artigos de física pura onde a teoria é descrita com mais detalhes.

A pedra angular da Relatividade Geral é a luz. Einstein afirmou que um raio de luz não pode permanecer. E se isso parece óbvio para nós agora, é porque essa teoria penetrou profundamente em nossa consciência, mas antes de Einstein, isso não era óbvio. O esteio de sua teoria é que a luz sempre viaja à velocidade da luz: 300.000 quilômetros por segundo..

E é precisamente essa velocidade da luz que é a única constante no Universo.A luz sempre se move (no vácuo) a 300.000 km / s. Isso não é negociável. Tudo o mais é relativo e depende de como o vemos e de que perspectiva o fazemos.

E aqui outra chave entra em jogo. Se a única constante no Universo é a velocidade da luz, conseqüentemente espaço e tempo são relativos. E esta é precisamente a grande (ou uma das) revolução na teoria da relatividade. A propósito, agora estamos entendendo de onde vem a "relatividade". Tudo é relativo, exceto a velocidade da luz.

Com essa teoria, Einstein estava afirmando algo incrível: o tempo não é absoluto. Sempre pensamos no tempo como algo universal. Mas não. É algo individual que flui de maneira única para cada um de nós. Ele realmente flui exclusivamente para cada uma de nossas partículas. Mas vamos manter que é individual.

O tempo é algo relativo que flui de uma forma ou de outra, dependendo da velocidade com que você se move e da intensidade do campo gravitacional a que está sujeito. Este fenômeno, conhecido como dilatação do tempo, explica que, quanto maior a velocidade do movimento, mais lento o tempo passa; e que quanto mais atração gravitacional nos afeta, mais devagar isso acontece. Einstein abriu assim a porta para a viagem no tempo. Em direção ao futuro, sim. Para o passado é impossível.

Para saber mais: "Seria possível viajar no tempo?"

Mas, como essa concepção do tempo como algo relativo afeta a visão do Universo? Em muitas coisas. E um dos mais importantes é que não apenas o espaço e o tempo são relativos, mas que formam um único conjunto: o espaço-tempo.

Antes da formulação desta teoria, acreditávamos que vivíamos em um Universo com apenas três dimensões espaciais (profundidade, altura e largura) em que o tempo fluía universalmente para cada um dos componentes do Cosmos. Mas, se o tempo é relativo e podemos nos mover por ele de maneiras diferentes, isso significa que o tempo deve ser mais uma dimensão.

E aí vem a grande revolução. Não vivemos em um universo tridimensional. Vivemos em um universo quadridimensional: três no espaço e um no tempo. E essas quatro dimensões formam um único tecido: espaço-tempo. O espaço e o tempo são relativos, mas formam um único tecido universal.

E esse tecido espaço-tempo é deformado por corpos com massa. E é precisamente essa deformação que explica a existência elementar da gravidade. A curvatura do espaço-tempo é o que faz com que os corpos com massa atraiam gravitacionalmente outros. Isso também explica que, como consequência da presença de um campo gravitacional, o espaço-tempo se contrai. Já dissemos que o tempo passa mais devagar quanto maior é a gravidade. E aqui você entende o porquê.

Paralelo, a Teoria da Relatividade também afirma que massa é energia. Com sua famosa fórmula E = MC² (na verdade é uma simplificação de uma um pouco mais complexa onde certas variáveis são omitidas), ele está descrevendo, de uma forma muito elegante e simples, a natureza da energia no Universo. Energia é o produto da massa de um corpo e da velocidade da luz ao quadrado. Apontar.

E dessa fórmula (que revolucionou completamente o mundo da Física) também podemos tirar uma das conclusões mais importantes da teoria. Não há nada que possa viajar mais rápido do que a luz. Se a massa de um corpo aumenta à medida que sua velocidade aumenta, você precisaria de uma força infinita para atingir a velocidade da luz. E uma vez que é impossível alcançar uma força infinita, você nunca pode alcançar totalmente (muito menos exceder) a velocidade da luz.

Em suma, a Teoria da Relatividade Geral é uma teoria que afirma que a única constante no Universo é a velocidade da luz. Tudo o mais é relativo e depende de como o vemos. Nesse sentido, o espaço e o tempo não são absolutos, mas formam um único tecido quadridimensional: o espaço-tempo. Y é a curvatura deste espaço-tempo que explica a natureza dos campos gravitacionais. A Relatividade Geral marca uma virada na história da ciência.

Recomendamos que você leia: "Os 10 maiores objetos astronômicos do Universo"

As 8 chaves da relatividade geral

Certamente, depois de descrever a teoria, ela se tornou muito mais clara. Mesmo assim, coletamos, na forma de chaves, os conceitos mais importantes dessa teoria. Vejamos os princípios mais importantes em que se baseia a Teoria da Relatividade Geral.

1. A luz sempre vai na velocidade da luz

A luz é a única constante no Universo. Não depende de nada. Se você olhar de sua perspectiva, a luz sempre viajará à velocidade da luz, que é 300.000 km / s. A partir daqui, todo o resto é relativo.

2. O tempo é individual, não universal

Antes da formulação dessa teoria, acreditávamos que o tempo era algo universal que fluía da mesma forma em qualquer canto do Universo. A Relatividade Geral nos diz que não é algo absoluto, mas individual. Cada um de nós (na verdade, cada uma de nossas partículas) tem um "relógio" que flui a uma velocidade única dependendo de nossa posição relativa, velocidade e campo gravitacional aos quais estamos sujeitos.

3. O tempo pode expandir e contrair

Sendo individual e não absoluto, o tempo se torna mais uma dimensão. Às três dimensões espaciais, devemos adicionar uma dimensão temporal. E sendo uma dimensão, o tempo se torna algo modificável. Quanto mais rápido nos movermos ou quanto mais gravidade sentirmos, mais devagar ela passará. E quanto mais devagar nos movermos ou quanto menos gravidade sentirmos, mais rápido ela passará.

Isso foi provado experimentalmente inúmeras vezes. Na verdade, os relógios dos satélites devem ser ajustados todos os dias, pois, por sofrerem menos atração gravitacional (17 vezes menos intensa) do que aqueles que estamos na superfície da Terra, sofrem esses efeitos da dilatação do tempo. Para corrigir isso, seus relógios precisam avançar 38 microssegundos a cada dia.

4. Vivemos em um Universo quadridimensional: espaço-tempo

A Relatividade Geral rompe com a concepção de que vivemos em um Universo com apenas três dimensões espaciais e afirma que, na realidade, vivemos em um com quatro dimensões: três espaciais (altura, profundidade e largura) e uma temporal (tempo). E nós não apenas vivemos nessas quatro dimensões, mas espaço e tempo formam um único pacote: espaço-tempo. Espaço e tempo não são conceitos desconectados. Eles formam um único tecido.

5. A gravidade nasce da curvatura do espaço-tempo

A Teoria da Relatividade Geral rompe com as leis da gravidade de Newton e afirma que a gravidade é o resultado da curvatura do espaço-tempo. Corpos massivos são capazes de deformar esse tecido quadridimensional, o que explica o fenômeno da atração gravitacional.

6. Nada pode ir mais rápido que a luz

A luz não é apenas a única constante no Universo, mas também a mais rápida. Das equações da relatividade geral, segue-se que é impossível para um corpo material se mover mais rápido do que a luz, uma vez que seria necessária uma energia infinita para isso. Pode chegar muito perto (em aceleradores de partículas, nós os trazemos a 99,9999991% da velocidade da luz), mas nunca supere isso. Teoricamente, se fosse superado (o que não pode ser), viajaríamos no tempo.

7. E = MC²

A fórmula mais famosa da história nasceu com a Teoria da Relatividade Geral. A energia de um corpo em repouso é igual à sua massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. Simples, elegante e útil. Massa é energia. Como dissemos, a fórmula real é mais complexa, mas funciona em um nível geral.

8. Não funciona quando descemos do nível atômico

A Teoria da Relatividade de Einstein funciona perfeitamente para explicar a natureza do mundo macroscópico. Ou seja, todos os níveis de organização da matéria até o atômico seguem o comportamento previsto pela teoria da relatividade. Mas quando ultrapassamos a fronteira do átomo e entramos no mundo das partículas subatômicas, passamos para um novo mundo que não segue as leis físicas da relatividade. O mundo quântico.

De fato, a maior ambição da física é desenvolver uma teoria que unifique a relatividade geral com a mecânica quântica. Assim que o fizermos, teremos unidos dois mundos que, por enquanto, estão desconectados. Mas eles devem estar ligados de alguma forma. É por isso que buscamos uma Teoria de Tudo.

Para saber mais: “O que é a Teoria-M? Definição e princípios "