Carlos Lima
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Ciências
Carlos Lima | Publicado em 31/05/2019 às 11:28:43

Entenda como um eclipse solar no Brasil ajudou a confirmar a Teoria da Relatividade de Einstein

Entenda como um eclipse solar no Brasil ajudou a confirmar a Teoria da Relatividade de Einstein Foto: Observatório Nacional

Nesta última quarta-feira (29), a comunidade científica comemorou uma data muito importante: o centenário da comprovação da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. E o Brasil teve papel fundamental nessa comprovação.

Em 1905, considerado o “ano maravilhoso” de Einstein, ele apresentou o que seria o embrião de sua relatividade geral, a Relatividade Restrita. Nessa teoria o físico propõe que a velocidade da luz é o limite de velocidades do universo, apresenta a contração do espaço e a dilatação do tempo. É o cenário do famoso paradoxo dos gêmeos, em que dois irmãos gêmeos são separados. Enquanto um deles fica na Terra, o segundo viaja pelo espaço em velocidade muito alta, tipo metade da velocidade da luz. Ao retornar, vemos que o gêmeo astronauta terá envelhecido bem menos que seu irmão que ficou na Terra. Isso porque o tempo passa mais devagar no referencial do foguete quando comparado com o referencial na Terra.

Todavia a relatividade restrita funciona para referenciais que não estão em movimento acelerado e isso incomodou Einstein por anos. Ele buscava uma teoria que comportasse qualquer cenário, com aceleração ou não. Depois de dez anos, ele propôs a generalização que buscava, a Teoria da Relatividade Geral.

Na sua generalização, Einstein considera o espaço-tempo como uma forma de tecido (pense num lençol bem esticado) e as massas causam deformações nesse tecido, assim como bolas de massas diferentes causam deformações diferentes no lençol esticado. Como todas as coisas no universo precisam percorrer um caminho sobre esse tecido, inclusive a luz, é possível medir a deformação causada pela massa.

Registros fotográficos do eclipse solar em Sobral, no Ceará — Foto: Observatório Nacional

Registros fotográficos do eclipse solar em Sobral, no Ceará — Foto: Observatório Nacional

Nas proximidades de um corpo celeste com muita massa, portanto formando uma grande deformação, o espaço fica curvo, mas conforme nos afastamos dele, a curvatura vai diminuindo até que desaparece e o tecido do espaço-tempo volta a ficar plano. Essa curvatura tem efeitos claros na órbita de Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol.

Durante séculos, astrônomos e matemáticos como Newton e Laplace tentaram encontrar uma explicação para o fato de que as previsões teóricas nunca batiam com as posições observadas de Mercúrio. Urano passa por problemas parecidos e depois de análises de sua órbita, descobriu-se Netuno, o responsável pelas perturbações, em um caso de gravitação puramente newtoniana. Por essa época, foi proposto que haveria um planeta mais interno a Mercúrio, chamado de Vulcano, que causaria as perturbações observadas. Como esse planeta estaria muito próximo do Sol, seria muito difícil de observá-lo.

A Relatividade Geral mostrou que a origem das discrepâncias estava na deformação do espaço nas proximidades do Sol, mas de novo, as previsões teóricas não batiam com as posições observadas. Só que nesse caso os problemas eram com as observações, não com os cálculos. Como Mercúrio está sempre muito baixo, muito perto do horizonte é muito difícil de se obter valores de sua posição com boa precisão. Bom, isso no início do século XX, na época da teoria de Einstein.

Então a relatividade precisava de uma confirmação mais sólida, digamos, e isso poderia ser feito durante um eclipse total do Sol. Quando isso acontece, o céu escurece bastante para quem está na faixa de totalidade, ou seja, dentro da sombra projetada pela Lua quando ela passa na frente do Sol. Escuro a ponto de as estrelas mais brilhantes ao fundo ficarem visíveis. Então a ideia é simples, medir com boa precisão a posição de estrelas nas proximidades do Sol, quando vistas da Terra durante um eclipse total, e comparar com as mesmas medidas quando o Sol não estava nas proximidades.

Arthur Eddington, um jovem astrofísico inglês, decidiu que iria fazer isso. Ele foi um dos primeiros cientistas a abraçar a relatividade. Pesquisadores mais seniores, digamos, estavam muito reticentes em acreditar que aquela história de deformação do espaço poderia estar correta. A relatividade em si é uma grande modificação da gravitação de Newton, que já vinha sendo usada há quase 300 anos.

Sobral recebeu comitiva de cientistas dos Estados Unidos, Inglaterra e outros estados brasileiros — Foto: Museu do Eclipse/Arcevo

Sobral recebeu comitiva de cientistas dos Estados Unidos, Inglaterra e outros estados brasileiros — Foto: Museu do Eclipse/Arcevo

Eclipses assim não são raros de acontecer, mas a grande maioria acontece sobre o oceano, o que não ajuda em nada. Aliás, estamos a um mês do próximo eclipse solar total, visto no Brasil apenas como parcial. Mesmo quando acontece sobre um continente, a faixa de totalidade precisa estar em um local acessível e em 1915 esse cenário não era assim tão promissor quanto agora.

E naquela época havia mais um fator a se considerar, a Primeira Guerra Mundial. De fato, uma das tentativas de se comprovar a Relatividade por meio de um eclipse teve de ser abandonada às pressas. A faixa de totalidade caía numa das frentes de batalha e depois dos equipamentos instalados, houve uma ofensiva das tropas que forçaram a retirada dos pesquisadores, largando tudo para trás.

Mas em 1919 a situação era mais promissora, aconteceria um eclipse solar cuja faixa de totalidade começaria pelo norte do Chile e terminaria na África, passando pelo nordeste brasileiro. Eddington organizou duas expedições, uma para a ilha de Príncipe, na costa africana onde o eclipse poderia ser visto às 2 horas da tarde no horário local e outra para a cidade de Sobral, no Ceará, onde o eclipse ocorreria pela manhã. Eddington estava empolgado com esse evento, pois durante o eclipse o aglomerado das Híades deveria ficar visível, dando a ele muitas estrelas para medir a posição.

Eddington acompanhou a expedição na frente africana, enquanto dois outros astrônomos vieram ao Brasil se juntando a pesquisadores do Observatório Nacional do Rio de Janeiro. Sobral tinha uma infraestrutura boa, com acesso fácil por uma ferrovia, o que ajudou no transporte dos equipamentos. Conta-se que os pesquisadores estrangeiros se espantaram com os efeitos da seca nordestina, mas o que garantiu o sucesso da expedição foi exatamente a seca.

Na manhã do dia 29 de maio, na ilha de Príncipe, caiu uma tempestade pesada fazendo Eddigton anotar em seu caderno que não sabia se ia conseguir ver alguma coisa. Meia hora antes do eclipse começar a chuva parou e um fiapo de céu podia ser visto por entre as nuvens. O céu não se abriu totalmente e o Sol apareceu por trás das nuvens. O eclipse em si pode ser visto, de acordo com Eddington, mas ele anotou que não sabia se seria possível registrar as estrelas. De fato, das 16 placas só foi possível obter alguma coisa de uma delas, medindo a posição de uma estrela apenas.

Já em Sobral a situação era oposta, o eclipse pode ser observado em sua totalidade e várias placas puderam ser expostas e a posição de várias estrelas pode ser medida com a precisão necessária para se confirmar a curvatura do espaço causada pelo Sol. As placas de Sobral foram fundamentais para a confirmação da Teoria da Relatividade Geral! O próprio Einstein reconheceu isso em um bilhete escrito quando ele passou rapidamente pelo Brasil a caminho da Argentina e Uruguai. Ele escreveu: “o problema que minha mente formulou foi resolvido pelo luminoso céu do Brasil.”

Eddington e seus colaboradores publicaram seus resultados em novembro de 1919 tornando Einstein uma celebridade mundial. É curioso ver que o grande público aceitou os resultados do físico alemão de maneira muito mais entusiasmada do que os próprios físicos da época. Durante vários anos físicos do mundo inteiro tentaram mostrar que Einstein estava errado e que as medições de Eddington estavam carregadas de erros sistemáticos e estavam enviesados, insinuando que o físico britânico tinha dado uma maquiada neles.

Ano após ano a relatividade vem sendo testada e sempre sai aprovada com louvor! Até consequências dela que o próprio autor não tinha enxergado, mas que foram aprontadas posteriormente estão se confirmando. Os buracos negros e as ondas gravitacionais são duas delas.

G1

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