Marcio Luis Ferreira Nascimento: o mais importante eclipse de Einstein

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03.06.2014, 12:06:00
Atualizado: 03.06.2014, 12:07:30

Marcio Luis Ferreira Nascimento: o mais importante eclipse de Einstein

 

Há 95 anos, mais precisamente no dia 29 de maio de 1919, ocorreu o eclipse solar mais importante da história da Física Moderna, e o primeiro e mais relevante teste da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein (1879-1955). Para nós brasileiros, tal fenômeno, destaque nas páginas dos mais renomados jornais do mundo, foi registrado no município de Sobral, Ceará.

Boa parte das pessoas desconhece que existem duas teorias da relatividade. A primeira, e mais simples, foi formulada por Einstein no ano miraculoso (“Annus Mirabilis”) de 1905, onde ele havia escrito mais quatro outros trabalhos que muito provavelmente também lhe trariam prestígio científico. De fato, foi com um destes trabalhos, sobre o ‘efeito fotoelétrico’, que conquistou o Prêmio Nobel de Física em 1921, e não com a relatividade. 

Nesta época, ainda não havia conseguido a posição de professor, então trabalhava num emprego como técnico de terceira classe no Serviço Suíço de Patentes do hoje Instituto Federal Suíço de Propriedade Intelectual (http://www.ige.ch), em Berna. O cargo de assistente examinador era medíocre, mas tinha a vantagem de propiciar bastante tempo livre para as próprias divagações e cálculos científicos de um jovem doutor de 26 anos e pai recente, casado com a colega de graduação Mileva Maric (1875-1948).

O primeiro artigo sobre a ‘Teoria Especial da Relatividade’ foi publicado em 1905 na prestigiada Annalen der Physik (‘Anais da Física’, revista que existe desde 1790), em que subvertia as ideias fundamentais da Física clássica, ao mostrar que o espaço e o tempo não eram absolutos, e sim grandezas relativas, que dependiam do observador. O título original era “Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento” (“Zur Elektrodynamik bewegter Körper”) - curiosamente, o termo relatividade veio alguns meses depois, em 1906, a partir de sugestão do seu colega Max Planck (1858-1947). 

Neste trabalho, Einstein demonstrou que nada no Universo pode viajar com velocidade superior a da luz c (do grego celeritas, ‘rápido’), igual a 300.000 quilômetros por segundo. Uma conseqüência disso é que, quanto mais rápido um corpo se move, mais lento o tempo passa em relação a ele. Outra é que, à medida que se aproxima da velocidade da luz, o corpo se contrai e sua massa aumenta. Tudo isto ocorre porque a velocidade é medida pela relação entre tempo e espaço. 

Se a velocidade da luz é fixa, o tempo e o espaço precisam variar. Se um corpo estiver então viajando muito, muito rápido (mas abaixo do limite c), o tempo vai passar diferente (um pouco mais devagar) e o espaço também vai agir de forma diversa (o objeto vai encolher). Tal trabalho foi considerado uma das mais extraordinárias revoluções da História da Ciência, marco fundador da Física contemporânea. Em resumo, tal teoria daria a chave para a explicação da origem do Universo bem como para a desintegração do átomo.

Somente onze anos depois, em 1916, já como professor na Universidade de Berlim, que concluiu suas idéias inovadoras nesta área da ciência publicando a chamada ‘Teoria Geral da Relatividade’, que substituiria definitivamente a Física de Isaac Newton (1642-1727), e englobaria a relatividade dita ‘Especial’. 

No trabalho “Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie“ (“A Base da Teoria da Relatividade Geral”, também publicado no Annalen der Physik) afirmava que o espaço era curvo, distorcido pela presença de corpos com massas enormes, como estrelas e planetas. E previa que as partículas de luz (fótons) seriam atraídas pela deformação causada no espaço pelo Sol.

Em resumo, a Teoria da Relatividade Especial explica apenas como uma parte do Universo funciona, mais especificamente casos onde os objetos se deslocam com velocidades fixas. Mas ainda existe uma outra parte, onde os objetos ganham ou perdem velocidade. Até 1905, a ciência continuava aceitando e respeitando a lição mais famosa de Isaac Newton, a Lei da Gravitação Universal na sua forma original.

Einstein levou portanto quase onze anos até entender que as duas situações (ou partes acima) podiam ser explicadas pela mesma regra. Para tanto, foi necessário deixar de ver a gravidade como uma força, pois a até então considerada atração instantânea (e newtoniana) entre corpos celestes precisaria ser mais rápida do que a velocidade da luz, que Einstein sabia não ser possível. Como explicar, então, a atração entre os corpos tão grandes quanto planetas? Ele descobriu que a gravidade, na verdade, era resultado da interação entre a massa dos corpos e uma espécie de malha criada pelo tempo e pelo espaço, que chamou de tecido espaço-tempo. 

Assim, estruturas muito grandes “afundam” o espaço e criam “valas” que seguram os objetos próximos. A partir destas novas concepções, seria possível explicar o fato de a Terra girar ao redor do Sol, não mais como resultado de uma atração ‘quase mágica’ do que se concebeu na época de Newton em termos da gravitação clássica, mas sim relacionado à própria natureza da geometria do Universo, e criando assim uma nova forma de análise da gravitação.

A comprovação da teoria surgiu após a observação de um eclipse solar registrado simultaneamente por duas equipes de astrônomos ingleses nas cidades de Sobral, Ceará, Brasil, e na Ilha do Príncipe, Golfo da Guiné, costa atlântica da África, no dia 29 de maio de 1919, onde foi provado que os raios de luz se ‘entortavam’ ao passar perto da estrela. Num eclipse solar, a Lua surge entre o Sol e a Terra, projetando uma sombra imensa sobre o planeta. Foi um dos eclipses mais longos do século XX, levando um total de 6 minutos e 51 segundos, coordenado pelos astrônomos da Royal Astronomical Society (www.ras.org.uk), sob a direção de Andrew Crommelin (1865-1939) no Brasil e de Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944) na Ilha de Príncipe. Esses eram os locais apontados pelos cálculos astronômicos como aqueles que apresentariam as melhores condições para a observação do fenômeno.

Para verificar esse fenômeno foi portanto preciso fotografar o céu durante um eclipse, quando é possível observar as estrelas próximas do Sol. Depois, comparar essa fotografia com outra, daquele mesmo grupo de estrelas, numa noite normal, quando o Sol já havia se deslocado para outra posição (estas haviam sido feitas em janeiro e fevereiro daquele ano). A previsão: como o raio de luz era encurvado pela massa do Sol, sem ele chegaria na Terra numa posição levemente diferente. Foram escolhidas as estrelas do aglomerado de Híades, localizado na constelação de Touro. As suas estrelas mais brilhantes formam um “V”, como se formassem a cabeça e o chifre do Touro - e estas se encontram próximas da gigante Aldebarã, a estrela mais brilhante desta particular região do céu, mas que não faz parte deste aglomerado.

A equipe que se dirigiu à Ilha do Príncipe teve seus trabalhos prejudicados devido ao mau tempo: havia chovido durante toda manha naquele dia. No momento do eclipse o céu estava nublado, e com isso, apenas poucas das várias fotografias tiradas apresentaram imagem de estrelas com algum valor científico. Já a equipe liderada por Crommelin em Sobral contou com melhor sorte, e suas imagens do fenômeno foram simplesmente excelentes, tiradas da pracinha da cidade com pouco mais de 2.200 habitantes à época. Posteriormente foi erguido um monumento e, mais recentemente (em 1999), criado um museu, chamado Museu do Eclipse, onde estão em exposição permanente a luneta e as fotos originais tiradas naquele momento histórico.

Assim, as predições feitas pela Relatividade Geral foram confirmadas pela observação de um desvio de 1,9” (ou 1,9 segundo de arco, resultado obtido em Sobral), consagrando o acerto de Einstein, que previu o valor de 1,75”, dentro da margem de erro. Um segundo de arco (1 ”) equivale a 1/60 de um minuto de arco; e um minuto de arco (1 ’) corresponde à 1/60 do ângulo de um grau.

Matéria e energia tornavam então curva a malha do espaço-tempo, e assim era possível desviar o brilho das estrelas. O impacto foi simplesmente espetacular: logo Einstein era considerado, talvez até com certo exagero, o maior gênio de todos os tempos. Maiores detalhes desta fantástica história pode ser obtido do excelente livro de Abraham Pais, “Sutil é o Senhor... - a Ciência e a Vida de Albert Einstein” (Editora Nova Fronteira, 1995).

Em 21 de março de 1925, numa expedição pela América do Sul, Einstein passou pelo Rio de Janeiro, onde foi recebido pela imprensa, cientistas e membros da comunidade judaica. Visitou o Jardim Botânico e fez o seguinte comentário, assinado, para o jornalista Assis Chateaubriand (1892-1968): “Die Frage, die meinen Kopf entsprang, hat Brasilien sonniger Himmel beantwortet” (“O problema que minha mente formulou foi respondido pelo luminoso céu do Brasil”). Sua comprovação foi realmente um dos maiores feitos da mente humana. A partir deste experimento, o mundo nunca mais giraria como antes. Tal eclipse pode então ser considerado o mais importante da historia das ciências, relativamente falando.

 

Professor da Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Química e do Instituto de Humanidades, Artes e Ciências da UFBA