Como a teoria da relatividade de Einstein calibra o GPS e traduz o espaço – 14.11.2021.

Da próxima vez que você dirigir, o Waze lhe dirá que seu destino está a 5 km de distância e que seu carro deve virar à esquerda em breve, graças a Albert Einstein.

Sabemos muito bem que Einstein foi extremamente importante e que sua teoria da relatividade, a “E = mc2”, é fundamental para muitas coisas. Mas explicar o que exatamente isso significa é um pouco complicado. Bem, essa teoria lá fora, publicada há mais de 117 anos, calibra o GPS e garante que os motoristas não sejam perdidos.

Calma, vamos lá.

o tempo é relativo

Einstein ainda era funcionário público do Patent and Trademark Office quando redefiniu o conceito de gravidade e uniu matéria e energia e espaço e tempo em uma teoria publicada em um jornal alemão. Anais de física (Annals of Physics, em tradução livre) em 1905.

Einstein confiou nas experiências de outros físicos para explicar que o tempo é um lugar, uma dimensão na qual as pessoas podem até caminhar; bem diferente daquele conceito indescritível que as pessoas atribuem.

Segundo o cientista, o tempo não é um valor universal, mas um valor relativo para todo observador, exceto que está relacionado ao espaço. O movimento de qualquer corpo no Universo é sempre distribuído entre os parâmetros de tempo e espaço, sem ultrapassar a velocidade da luz.

Na prática, isso significa que, quando você está em um ponto de ônibus, o valor do espaço é zero e o tempo flui a toda velocidade, 300.000 quilômetros por segundo (ou 1,08 bilhão de quilômetros por hora). Se você correr para não perder o ônibus, o tempo correrá um pouco mais devagar, pois parte da sua velocidade vai “pegar emprestado” metade do espaço.

Agora, se você está em uma nave ultrassônica, como as de um filme de ficção científica, e atinge a velocidade da luz, o tempo não vai passar porque metade do espaço gastou toda a sua cota.

Quando percebeu tudo isso, Einstein escreveu “E = mc2” (a energia é igual ao valor da massa vezes a velocidade da luz ao quadrado) A conhecida fórmula, definida já em 1905, explica que quanto mais rápido um objeto viaja, maior sua massa, pois ele deve gastar energia e aplicar força para acelerar.

O processo, porém, não acontece facilmente, pois a energia é sempre calculada com a nova massa. Para que uma grande massa acelere da mesma maneira, ela deve aplicar uma força muito maior, o que mostra que massa e energia são inseparáveis.

Uma teoria completa e confirmada

Em 1915, Einstein finalmente mudou o ponto mais importante das leis de Newton: a gravidade. O físico alemão não via isso como uma força ou atração quase mágica entre as massas e após muito estudo concluiu que a Terra gira em torno do Sol devido à geometria do Universo, que se deforma devido à estrela quente.

Para ele, todos os corpos de grande massa criam curvaturas significativas na rede espaço-temporal, exigindo a atração de corpos menores.

Para tornar isso mais fácil, vamos considerar um experimento caseiro muito simples com bolas e um tapete. Basta colocar as bolas de gude em cima de um colchão fino e liso, que representa o espaço-tempo, para evitar que saia do lugar. Mas quando o capotão ou boliche são colocados na superfície, as bolinhas de vidro rolarão em direção ao objeto mais pesado, pois o “tecido” do espaço-tempo ficou ondulado por ondulações e permitiu esse movimento.

Imagem: Reprodução

“O impacto da teoria foi enorme, mas havia muito ceticismo na comunidade científica. Einstein não apenas pensou no problema das equações de Maxwell, mas dez outros físicos muito famosos também o buscaram. Mas ele sozinho tinha o ousadia de desafiar conceitos da ciência já conhecidos ”, afirma Paschoal Pimenta, professor de física dos cursos da Anglo.

“A teoria de Einstein, é claro, não é impossível, mas não foi fácil [de ser entendida]. Portanto, demorou algum tempo para ser aceito; foi um processo difícil na época. “

Tempero brasileiro

Foi um eclipse no céu brasileiro que apagou as dúvidas que pairavam sobre as ideias dos físicos.

Em maio de 1919, dois grupos de britânicos observaram as estrelas no céu em momentos diferentes: durante o sol escuro e em noites normais. Eles queriam ver se o raio de luz das estrelas era curvado pela massa do Sol, comparando fotos de dias diferentes.

O primeiro grupo a estar na ilha africana não obteve bons resultados porque o brilho das constelações devido à chuva e ao tempo nublado não atingiu as câmeras de forma eficaz, afirma o professor.

Mas outros pesquisadores acampados em uma cidade do nordeste do país identificaram uma boa curvatura, comprovando a deformação prevista da rede espaço-temporal.

teoria aplicada

“É muito difícil identificar a relatividade do espaço-tempo diariamente. A menos que você trabalhe no LHC [Grande Colisor de Hádrons, na sigla em inglês, o maior acelerador de partículas do mundo], porque não dá para trabalhar por dentro sem realmente conhecer a teoria ”, brinca o professor de física.

O Large Hadron Collider, um grande túnel abaixo da fronteira franco-suíça no qual são realizados experimentos de aceleração de partículas, é uma das principais aplicações da teoria da relatividade na ciência moderna.

Mas você não precisa ser um astrônomo ou ter pesquisas científicas de ponta para entender que a relatividade realmente funciona. Da próxima vez que viajar de avião, fazer um cruzeiro ou até mesmo se perder no carro, agradeça ao Einstein, pois a teoria da relatividade é o principal “calibrador” dos satélites GPS.

A velocidade dos satélites atrasa diariamente seus cronômetros internos em alguns milionésimos de segundo em comparação com os relógios da Terra. Mas, como o equipamento orbital sente menos o impacto da gravidade, os cronômetros também obtêm outro milionésimo de segundo por dia, o que exige uma cronometragem precisa aqui na Terra.

Sem a fórmula de Einstein, o GPS exibiria trilhas com uma imprecisão de até 10 quilômetros por dia.

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