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03/12/2019  

Semana aborda evidências da Relatividade Geral

José de Arimathéia

Thiago dos Santos Pereira, sobre viagens no tempo: "Todos viajamos para o futuro, 24 horas por dia".

Está escrito nas estrelas: o ano de 2019 é de festa para a Física, uma Ciência cujas raízes mais remotas estão fincadas há cinco milênios, desde que o ser humano olhou para o céu e começou a se perguntar sobre o que via.

Faz 200 anos que nasceu o francês Jean Bernard Léon Foucault - aquele do famoso pêndulo para medir a rotação da Terra e que fez uma medição inicial da velocidade da luz.

Também faz 100 anos do famoso eclipse de Sobral (Ceará), quando um grupo de cientistas foi à pequena cidade para observar um eclipse solar, graças ao qual foi possível comprovar a teoria de Albert Einstein (1879-1955), ao registrar, com ínfima margem de erro de cálculo, a curvatura da luz emitida por estrelas distantes e que era desviada pela massa do sol.

Para o professor Thiago dos Santos Pereira (Departamento de Física da UEL), aquela observação foi um marco histórico para a Física, e particularmente para a teoria einsteiniana. O professor foi um dos palestrantes da XXIV Semana da Física da UEL, realizada de 29 de outubro a 1º de novembro, e que teve como tema central "Evidências da Relatividade Geral: do eclipse de Sobral à foto do Buraco Negro".

Esta "foto" se refere à primeira fotografia tirada de um buraco negro, em abril deste ano. Foi o resultado de um esforço de 200 pesquisadores, de diversos países, e do uso de oito radiotelescópios ao mesmo tempo, posicionados no Chile, Estados Unidos, Espanha e Antártida. Thiago também aponta este registro como um grande avanço, pois comprova o que já se defendia. O buraco negro fotografado fica a mais de 50 milhões de anos-luz da Terra, mede 40 bilhões de quilômetros de diâmetro, ou seja, tem 3 milhões de vezes o tamanho da Terra e sua massa é 6 bilhões de vezes maior que a do nosso sol.
TESTES OBSERVACIONAIS

Na Semana de Física, Thiago Pereira falou justamente dos "Testes Observacionais da Relatividade Geral". Trata-se dos instrumentos e técnicas de observação de fenômenos físicos que têm sido aprimorados pelos físicos, especialmente no último século. Ele destaca que, apesar de o eclipse de Sobral ter sido acompanhado com instrumentos bem menos precisos que os atuais, os cálculos chegaram a números impressionantemente aproximados.

São vários os testes observacionais, que se diferenciam dos experimentos. Estes reproduzem fenômenos naturais em menor escala, sob controle, e quantas vezes forem necessárias, para chegar a um novo conhecimento. Um exemplo é a simulação da ausência de gravidade, sem precisar entrar em órbita, cujas dificuldades são óbvias. Um avião em queda livre, assim como qualquer corpo, experimenta a sensação de falta de gravidade. É o que foi feito, por exemplo, no filme "Apollo 13" (1995). Um avião especialmente modificado ficava em queda livre por 30 segundos para gravar cenas dos personagens flutuando em gravidade zero.

Já sobre os testes, o professor lembra que o eclipse é um deles. Outro é a detecção de uma área do buraco negro, conhecida como horizonte de eventos. Com dispositivos colocados em diferentes pontos da Terra, os cientistas foram capazes de detectar diretamente ondas eletromagnéticas vindas do buraco negro - algo que só teve sucesso este ano.

Os buracos negros têm desafiado os físicos há gerações. Sabe-se sua origem - uma estrela que colapsa e gera uma interação gravitacional tão intensa que dela absolutamente nada consegue escapar. É por isso que, até a foto tirada este ano, muito do que se descobriu foi por cálculos ou observações indiretas. Mas o buraco negro não é só uma mancha escura rodeada de pontos de luz. A área negra, por exemplo, de densidade infinita, é chamada de singularidade. O horizonte de eventos é uma área interna à região escura e nem matéria nem energia conseguem sair dali. Um pouco mais externamente, aparece uma área de fótons (partículas de luz). O buraco negro também pode expelir jatos de partículas capazes de alcançar distâncias interestelares. Entre outros componentes.
TEMPO/ESPAÇO

Todos os corpos e fenômenos celestes estudados pela Física ocorrem dentro de um ambiente conhecido como espaço-tempo. Em termos de coordenadas, isso equivale a coordenadas de espaço (x/y/z, ou altura, largura e profundidade) e tempo. Para a Física Clássica de Isaac Newton (1643-1727), o tempo é uma medida universal que não leva em conta as movimentações espaciais. Einstein deu um grande passo com sua teoria da Relatividade Especial, ao defender que a passagem do tempo observada para um determinado objeto depende de sua velocidade em relação à velocidade do observador.

Além disso, Einstein afirmou, e foi o que o eclipse de Sobral comprovou, que uma massa suficientemente compacta, como o sol, pode deformar o espaço-tempo, obrigando a luz que por ali passa a fazer uma curva. O mesmo ocorre com qualquer corpo, como um meteoro ou asteróide.

Thiago Pereira enfatiza que a Relatividade Geral não invalida as contribuições de Newton, ou mesmo da Geometria Euclidiana, descrita por Euclides de Alexandria (século III antes de Cristo), que não teve rival até os tempos modernos. O professor explica que cada conhecimento, assim como cada ferramenta ligada a ele, tem sua utilização e validade conforme o objeto de estudo. De fato, cada nova descoberta se soma às anteriores.

E já que é a curiosidade que move o ser humano, particularmente estimulada pela literatura e cinema, é impossível não indagar: e as viagens interestelares? E as viagens no tempo?

Thiago recorda que a velocidade da luz (cerca de 300 mil quilômetros por segundo) é o limite dado pela Natureza. "Nada que tenha massa poderia ser tão rápido", explica. Portanto, ainda que fosse possível atingir tal velocidade, uma viagem ao sistema solar mais próximo (Alfa Centauri), levaria quase 4 anos e meio. Por enquanto, só na ficção.

Quanto à viagem no tempo, o professor bem lembra: "Todos viajamos para o futuro, 24 horas por dia". Em todo caso, ele afirma que é possível acelerar um pouco. E descreve um experimento chamado de Efeito Hafele-Keating: se acertarmos dois relógios atômicos (os mais precisos que existem) e deixarmos um parado, na superfície da Terra, e colocarmos outro num avião, a grande altitude, com o passar do tempo o relógio em terra registrará uma diferença em relação ao outro. Será uma diferença ínfima, mas registrável, e novamente comprova a teoria de Einstein. Desta ideia surgiu o Paradoxo dos Gêmeos, proposto pelo francês Paul Langevin (1872-1946), e que defende que, no caso de dois irmãos gêmeos, um deles viaja ao espaço em grande velocidade, voltará para a Terra mais jovem que o irmão que ficou.

Por outro lado, viajar para trás no tempo é ainda mais improvável, porque feriria uma série de princípios e leis físicas. Também aqui existiria um paradoxo, o do avô: um homem viaja para o passado e mata seu avô antes de ele ter um filho. O pai do viajante nunca existiria e assim ele também não. Mas se não existiu, não voltou no tempo. E se não voltou, o avô teve o neto. Mas aí... confuso, não?

Outro problema com a viagem para o passado está no princípio da causalidade, que determina que um efeito não pode existir anteriormente à sua causa. Talvez uma explicação mais fácil de assimilar seja a do físico britânico Stephen Hawking (1942-2018), que certa vez brincou dizendo que, se as viagens no tempo fossem possíveis, nós já teríamos sido invadidos por multidões de turistas do futuro.

Esta matéria foi publicada no Jornal Notícia nº 1.403. Confira a edição completa:




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