Sobral e a Teoria da Relatividade

Como uma cidade brasileira foi importante na comprovação de uma das mais importantes teorias da física moderna.

História 

Do século XVII até o século XIX, por influência das formulações do inglês Isaac Newton, o espaço era entendido como absoluto e infinito em todas as direções, o tempo era igual em todos os lugares e por conta da mágica gravidade, a Terra segurava a Lua. As regras eram claras e acreditava-se que não havia mais nada de novo para ser descoberto pela física. 

Na virada para o século 20, surge um clima de renovação na Europa por conta de movimentos na música, na pintura e na literatura. A primeira renovação que ocorreu na ciência foi o conflito entre as regras de Newton e as equações do escocês James Maxwell. A principal questão era a luz. Enquanto Newton dizia que a velocidade da luz podia ser somada à rapidez daquilo que a emite, Maxwell descobriu que a velocidade da luz é constante e, por isso, não pode ser somada a nada.

O alemão Albert Einstein, utilizando as equações de Maxwell e tornando maleáveis as regras de Newton formulou então a famosa Teoria da Relatividade. 

Como sabemos, a velocidade é medida pela relação entre tempo e espaço. Newton acreditava que a velocidade era variável e o tempo e espaço fixos. Já Maxwell, formulou que as características são invertidas e a velocidade passar a ser fixa, o tempo e o espaço precisam variar. Seguindo os estudos de Maxwell, Einstein acreditava que  o tempo constante e o espaço absoluto não existem, apenas a velocidade da luz é constante, todo o resto é variável.

Assim, em 1905 Einstein publica um artigo que explica a constância da luz e sua consequência, a variância do tempo e do espaço. A Lei da Gravitação Universal de Newton ainda era respeitada e Einstein inicialmente entendia que sua Teoria da Relatividade Especial definia apenas uma parte do Universo, que era quando as coisas andavam numa velocidade fixa e os efeitos da gravidade são ignorados. Dez anos depois, Einstein publica a Teoria Geral da Relatividade, uma versão mais ampla da teoria, em que os efeitos da gravitação são integrados, surgindo a noção de espaço-tempo curvo. A gravidade passa a não ser mais vista como força, pois a atração instantânea precisaria ser mais rápida que a velocidade da luz, o que pelas leis de Maxwell era impossível. Assim, ele descobriu que a gravidade era o resultado da interação entre a massa dos corpos e uma “malha” criada pelo tempo e espaço, conhecida como espaço-tempo. Para Einstein, estruturas muito grandes “afundam” o espaço e criam “buracos” que seguram os objetos próximos a elas. A terra girar em torno do Sol é então fruto da natureza da geometria do Universo, que encurva na presença da estrela, e não de uma atração mágica. 

Provando a Teoria

Para provar a efetividade da Teoria da Relatividade Geral era necessário fazer um experimento simples. Como a malha do espaço-tempo era curva, um raio de luz que passasse perto de uma grande estrela, necessariamente, seria entortado. Para esse fenômeno, era preciso fotografar o céu durante um eclipse, quando é possível observar as estrelas próximas do Sol. Depois, comparar essa fotografia com outras, daquele mesmo grupo de estrelas, numa noite normal, quando as estrelas não estivessem sofrendo influência do Sol. A previsão era de que, como o raio de luz era desviado pela massa do Sol, sem ele, chegaria na Terra numa posição levemente diferente. Portanto, uma estrela que, segundo as leis de Newton, deveria estar escondida atrás do Sol, apareceria ao lado dele. 

Brasil, palco para a História

Pesquisadores de vários países se organizaram expedições para visualizar eclipses totais do sol, uma delas foi no Brasil, em Passa Quatro, em 1912, e todas elas deram errado.

Um astrônomo do observatório da Universidade de Berlim, Erwin Freundlich tentou comprovar a teoria em 1914. O seu plano era viajar para a península da Crimeia, na Rússia, para visualizar um eclipse de dois minutos. Com o início da Primeira Guerra Mundial, 20 dias antes do eclipse, a Alemanha declarou guerra à Rússia, Freudlich foi preso e desconfiando dos equipamentos, os russos não o permitiram realizar o experimento.  

Cinco anos depois, o inglês Arthur Eddington, diretor do Observatório de Cambridge organizou uma expedição para observar um eclipse. Duas equipes foram montadas, Arthur Eddington e Frank Dyson foram a Roça Sundy, em Príncipe, na África, enquanto Andrew Crommelin e Charles Davidson viajaram para Sobral, no Brasil.

Em Príncipe as condições meteorológica não foram favoráveis para a visualização, com chuva durante o dia, as fotos das estrelas ficaram ruins. Já no Brasil, com os equipamentos montados na pista de cavalos da cidade e com o auxílio de Henrique Morize, diretor do Observatório Nacional (ON), foi possível assistir o eclipse. Astrônomos brasileiros se concentravam no estudo da coroa solar e os britânicos tiravam fotos do eclipse. Acompanhando as estrelas do local, sem a influência do sol, por dois meses, foi possível comprovar a Teoria da Relatividade Geral. 

Para que Newton estivesse certo, o desvio deveria ser de 0,85 segundo de arco e para que Einstein estivesse certo, deveria ser de 1,7 segundo de arco. Em uma reunião dos cientistas e astrônomos mais respeitados da época, foi anunciado que os resultados de Príncipe ficaram em 1,6 segundo de arco e em Sobral ficou em 1,9 segundo de arco, Einstein estava certo.

Contribuições para o presente

A expedição em Sobral, que completou 100 anos em 2019, deixou vários legados. As ciências britânicas e brasileiras se desenvolveram muito e uma rica bagagem cultural foi deixada no Brasil. 

Além de desencadear uma revolução na física moderna, a teoria da relatividade foi importante para o desenvolvimento de várias tecnologias que utilizamos nos dias de hoje, como na geração de energia por meio da energia atômica, que é gerada graças à equação E = mc² de Einstein, nos usos dos GPS, pois há um descompasso entre a passagem do tempo na Terra e na órbita do planeta, onde estão os satélites.

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Por Kássia Carvalho