A Teoria da Relatividade de Albert Einstein explicado, como sem outra, o comportamento de objetos e da luz no espaço e no tempo. Ela prevê a existência de buracos negros, a curvatura da luz ao redor de objetos massivos e muitas outras aparências.
Os chamados efeitos relativísticos, como a dilatação do tempo em velocidades próximas à da luz ou em campos gravitacionais poderosos, foram previstos pela teoria do físico alemão.
Embora a observação desses efeitos seja comum em objetos cósmicos, também podemos encontrá-los no dia a dia e nas tecnologias modernas. Mas antes, vamos entender melhor como funciona a relatividade geral.
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Teoria da Relatividade
Segundo a Teoria da Relatividade, não existe referencial absoluto, ou seja, as leis da física são as mesmas para todos os referenciais escolhidos pelo observador. Isso se aplica quando medimos grandeszas como posição, velocidade, aceleração, campos eletromagnéticos e gravitacionais.
Além disso, Einstein descobriu que a velocidade da luz, de 300.000 km, é a mesma independentemente do referencial, ou seja, da posição ou velocidade do coletor. Se estivermos em uma nave espacial quase à velocidade da luz, a luz que observarmos vai ter o mesmo valor.
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Isso pode parecer um pouco anti-intuitivo se pensarmos em uma corrida entre dois veículos. Para entender melhor, imagine dois pilotos, um a 100 km/he outro a 115 km/h, enquanto somos observadores. No nosso referencial de plateia, essa é a velocidade dos veículos; do ponto de vista do primeiro piloto, seu adversário está a 15 km/h.
Agora imagine os dois pilotos em naves não descartável do espaço, a velocidades próximas à luz, com feixes de luzes acesos. O esclarecimento acima nos levaria a deduzir que, do ponto de vista do piloto mais lento, a luz do feixe de seu adversário estaria mais lento do que os 300.000 km usuais, certo?
Bem, Einstein descobriu que a luz não se comportava assim. Mesmo que o piloto tenha viajado a 99,999% da velocidade da luz, ao medir a velocidade do feixe luminoso de seu oponente, o resultado encontrado foram os mesmos 300.000 km que ele mediu com sua nave parada.
Essa implica teoria de que, quanto mais depressivo um corpo se move, mais lentamente o tempo passa para ele (algo chamado de dilatação do tempo) e mais sua dimensão no espaço se reduz devido à contração espacial.
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Com esses conceitos em mente, confira alguns exemplos da teoria apresentada no dia a dia:
1. Geradores de energia
A Teoria da Relatividade está por trás de um dos princípios dos específicos magnéticos e podemos observá-los em objetos simples, como os eletroímãs. Se um fio é movido através de um campo magnético (o que pode ser feito por forças mecânicas), ele gera uma corrente elétrica.
Do mesmo modo, se o fio estiver em segurança e o magnético em movimento, as partículas carregadas no fio não estarão em movimento intuitivamente. Poderíamos pensar até que não teríamos produção de energia, mas estaríamos errados. O fato de um campo magnético variável também cria uma corrente elétrica que evidencia a ausência de um quadro de referência, conforme previsto na teoria.
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2.GPS
Se os cientistas não consideraram o efeito de dilatação do tempo da relatividade geral no sistema de navegação GPSos satélites não conseguiram a sincronização de tempo necessária para obter dados precisos.
É que os satélites usam relógios com resultados de nanossegundos e viajam a 10.000 km/h, sofrendo dilatação relativística do tempo de 4 microssegundos por dia. Além disso, um massa da terra cria um efeito de arrasto gravitacional no próprio tecido do espaço-tempo, algo também previsto por Einstein.
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Então, sem usar os princípios da Relatividade Geral, não teríamos um déficit total de 7 microssegundos, e o GPS de nossos dispositivos móveis informaria que falta 0,8 km para locais a 8 km de distância. Essa diferença ocorreria em apenas um dia, sendo cumulativa.
3. Resistência ao ouro à corrosão
Já viu que o ouro não reage facilmente com outros elementos e nem se corroi? A explicação para isso não tem efeito relativístico em seus elétrons. Os números atômicos altos do nosso causariam uma atração nos dois elétrons da primeira energia subnível; cada subnível é ocupado por elétrons com energia correspondente. Para evitar isso, os primeiros elétrons de um átomo de ouro alcançam velocidades próximas a 60% da velocidade da luz.
Por outro lado, isso aumenta a massa dos elétrons, contrai seu comprimento (contração espacial) e reduz o raio da órbita eletrônica em torno do núcleo. Por fim, essas órbitas ficam mais próximas do núcleo atômico, variando a probabilidade de ocorrência química com outros materiais.
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4. Cor do ouro
Os mesmos efeitos descritos acima também conferem ao ouro a cor dourada. Isso ocorre porque os elétrons nos orbitais internos, ao atingir velocidade relativística (próxima à da luz), carregam energia mais próxima daquela dos elétrons externos — que, via de regra, são mais energéticos.
No ouro, os orbitais 5d e 6s ficam mais próximos um do outro do que o esperado, e as absorções de fótons entre eles são alteradas. O resultado é que este metal passa a absorver mais radiação azul do que o normal, emitindo mais da sua cor complementar: o amarelo. Sem usar o efeito relativístico nos elétrons do ouro, os cálculos indicam que ele apresentaria cor prateada.
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5. Propriedades do mercúrio
Os efeitos relativísticos também podem ser observados no mercúrio. Trata-se de um elemento curioso: ele se torna líquido tanto à temperatura ambiente quanto a -38 ºC, por exemplo. Devido à maior proximidade dos elétrons junto ao núcleo, o material geralmente se apresenta como átomos isolados.
6. TVs de tubo
As TVs que usávamos no século passado eram nada menos do que aceleradores de partículas. No interior dos tubos, os elétrons eram disparados a 30% da velocidade da luz em uma superfície de fósforo, e cada um deles formava um pixel das imagens de nossos programas favoritos.
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Só que, para o aparelho funcionar, os fabricantes tinham de considerar os efeitos relativísticos previstos pelo Einstein por causa da velocidade relativística dos elétrons.
7. Estrelas
O Sol e outras estrelas são grandes reatores de fusão nuclear, que só funciona devido aos princípios da relatividade geral. Mais especificamente, a produção de energia de uma estrela se dá pelo descrito na especificação E = mc², que explica a conversão de massa em energia e vice-versa.
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No núcleo das estrelas, as temperaturas e pressão intensas “esmagam” os átomos de hidrogênio até se fundirem em hélio. No processo, parte da massa dessas partículas é convertida em energia emitida na forma de radiaçãoou seja, luz.