Há Cem anos, Um Dos Postulados da Relatividade de Einstein era Confirmado no Brasil

No contexto do Ano Internacional da Luz proclamado pela ONU, o mundo celebra o centenário da versão final da Teoria da Relatividade Geral do físico alemão Albert Einstein (1879-1955). Para o leigo possa parecer estranho a relação que existe entre a teoria do alemão e o nosso País. Mas saibam que ele em 1925 esteve por duas vezes no Brasil.

O trabalho mais influente de Einstein foi a Teoria da Relatividade Geral que descreve a distorção do espaço-tempo na presença de um forte campo gravitacional. O âmago desse postulado, é que a gravitação não é uma força como Isaac Newton (1642-1727) concebeu mas um campo curvo no espaço-tempo-contínuo, criado pela presença de um corpo massivo. Enquanto na teoria de Newton somente a massa contribui para a gravidade, na teoria de Einstein ele introduz o tempo como quarta dimensão. Assim, o espaço e o tempo unidos, por meio da velocidade da luz numa só realidade física. Para ele, o tempo e o espaço não são categorias absolutas como se imaginava mas dependem da posição e da velocidade em que se encontra o observador. O nome relatividade resultou disso e a teoria previa que até a luz poderia ser atraída por um forte campo gravitacional. Essa tese poderia ser comprovada (ou não) medindo a deflexão da luz das estrelas quando elas passassem próximas ao bordo solar e o momento de um eclipse total do Sol seria especialmente adequado para isso. Contudo isso não era novidade pois em 1803 um astrônomo alemão, Johann Von Soldner já havia suposto que a luz fosse feita de partículas e tinha calculado o desvio do raio luminoso vindo de uma estrela distante ao passar bem perto do Sol. Ele calculou o ângulo do desvio em 0,84” e era tão pequeno que sem o recurso da fotografia inventada somente em 1830, essa comprovação era impensável. Por isso a comunidade científica da época ignorou a hipótese de Soldner. Em ciência as teorias precisam ser comprovadas experimentalmente.

VÁRIAS TENTATIVAS

Depois que Einstein anunciou que a observação da trajetória da luz das estrelas distantes em um eclipse total do Sol poderia comprovar sua teoria, E. Freundlich do Observatório de Potsdam, Alemanha, examinou antigas placas de eclipses totais do Sol para ver se isso era verdadeiro. Não encontrou nada. É importante assinalar que a primeira tentativa foi feita no Brasil no dia 10 de outubro de 1912. Dela se incumbiu a missão argentina do Observatório de Córdoba instalada na localidade de Cristina, MG. Objetivas e placas fotográficas para este fim foram enviadas pelo astrônomo W. Campbell do Observatório Lick, EEUU. Importa lembrar a enorme repercussão deste eclipse quando seis missões de outros países (2 inglesas, 1 francesa, 2 argentinas e 1 chilena) e duas brasileiras (ON e Observatório de São Paulo) se deslocaram para as cidades de Passa Quatro, Alfenas e Cristina,MG e Cruzeiro do Sul, SP. Portanto, a missão de fotografar a deflexão da luz ficou restrita somente a missão argentina em Cristina. As outras se concentraram no estudo e estrutura da coroa solar afim de constatar, entre outros objetivos, a existência de um elemento desconhecido chamado ‘coronium’ que era responsável por certas linhas do espectro solar mais tarde identificadas como íons principalmente os de ferro que produziam estas linhas. Infelizmente todo esse esforço nacional e internacional foi em vão pois o tempo não ajudou e choveu. Uma outra oportunidade ocorreu em 21 de agosto de 1914 na Criméia mas foi interrompida pela deflagração da 1ª Guerra Mundial. Uma equipe alemã viu-se prisioneira do exército russo e franceses e ingleses regressaram a seus respectivos países.

Albert Einstein
Albert Einstein

Nova oportunidade aconteceu em 3 de fevereiro de 1916 e o astrônomo Enrique Claudet na localidade de Tucacas, Venezuela, apesar do céu coberto com nuvens,conseguiu algumas fotografias que não resultaram satisfatórias para comprovação da teoria. Outro eclipse total do Sol ocorreu em 8 de junho de 1918 mas no momento da totalidade muitas nuvens cobriram o céu.

EM PLENO SERTÃO CEARENSE

A próxima oportunidade para comprovação do chamado “Efeito Einstein” seria o eclipse de 29 de maio de 1919, não somente pela sua duração de 6 minutos e 14 segundos (o máximo de duração é de 7 minutos e 58 segundos se ocorrer em região equatorial) mas porque o Sol estaria numa região rica de estrelas brilhantes na constelação do Touro. A faixa de totalidade passaria pelo Brasil, ganharia o oceano e passaria pela Ilha Príncipe no Golfo da Guiné, afastada 192 km da costa oeste da África. No lado brasileiro foi o diretor do Observatório Nacional do Rio de Janeiro, ON, Henrique Morize, quem sugeriu a pequena cidade de Sobral, Ce, para observação do fenômeno. Para acertar detalhes, uma equipe inglesa do Real Observatório de Greenwich chefiada por Andrew Claude de La Cherois Crommelin (1865-1939) veio ao Brasil e ficou acertado que caberia ao ON coordenar as expedições a Sobral.

Como deveria se comportar os raios luminosos da estrela ao passar perto da borda solar segundo a Teoria da Relatividade Geral.
Como deveria se comportar os raios luminosos da estrela ao passar perto da borda solar segundo a Teoria da Relatividade Geral.

 

EM SOBRAL

A expedição brasileira contou com os astrônomos Allyrio H. de Mattos, Henrique Morize, Domingos F. da Costa, o calculador Lélio Gama e o carpinteiro L. Flores. Do lado inglês participaram os astrônomos A. C. Crommelin, Charles R. Davidson e o geofísico Daniel Wise do Real Observatório de Greenwich. A equipe brasileira instalou um fotoheliógrafo Steinheil de 10,5 cm de diâmetro com a missão de realizar estudos e fotografar a coroa solar e a inglesa um celóstato (luneta vertical de 13” com espelhos) para o teste da possível curvatura do raio luminoso de uma estrela próxima ao bordo solar. Na hora da totalidade as condições do céu foram excelentes tendo sido obtidas 21 fotografias das quais 7 muito boas. O exame das fotografias possibilitaram medir o desvio da luz de uma estrela em 1,98”. Einstein havia previsto 1,75” e Soldner, já mencionado, em 0,85”. Estava assim provado que havia uma curvatura no espaço provocado pelo forte campo gravitacional do Sol. Que a luz de uma estrela pode ser defletida quando passar próxima a um corpo com muita massa. Assim, em pleno sertão cearense o mundo constatou que Einstein estava certo. E porque não dizer também, Soldner.

NA ILHA DO PRÍNCIPE

O eclipse não forneceu resultados como os de Sobral. Sofreram com o mau tempo e só conseguiram duas boas fotografias das quais apenas uma apresentou imagens de estrelas com valor científico. A equipe inglesa era formada por Sir Arthur Stanley Eddington (1822-1944) que já estivera no Brasil no eclipse de Passa Quatro, MG, e pelo astrônomo Edwin Turner. Era a primeira e a mais contundente prova experimental da Teoria da Relatividade Geral. Nos dias seguintes, a comprovação da teoria ocupou as manchetes dos principais jornais do mundo. E o “Times” de Londres estampou uma manchete curiosa : “Uma revolução na ciência : as idéias de Newton estão arruinadas!” Contudo a confirmação oficial só viria em 9 de novembro daquele mesmo ano na Inglaterra quando foi possível comparar as fotografias feitas em Sobral com as chapas fotográficas das mesmas estrelas na região do céu (constelação do Touro) em que o Sol estivera há seis meses. Mais tarde Einstein diria : “o problema concebido pelo meu cérebro, incumbiu-se para resolve-lo o luminoso céu do Brasil”.

Famosa protuberância chamada “Tamanduá” obtida por Henrique Morize do ON no eclipse de Sobral, CE.
Famosa protuberância chamada “Tamanduá” obtida por Henrique Morize do ON
no eclipse de Sobral, CE.

Famosa protuberância chamada “Tamanduá” obtida por Henrique Morize do ON
no eclipse de Sobral, CE.
Einstein iluminou a física antiga com a introdução da sua fórmula : E = mc2, onde E = energia é igual a massa, m, multiplicada pela velocidade da luz c ao quadrado (luz :300.000 km/s) . Assim, massa e energia passam então a ser duas grandezas da mesma natureza. Ela é uma das mais importantes conquistas científicas do século XX e durante este ano será alvo de muitas palestras, conferencias, workshops, exposições, cursos e encontros científicos no Brasil e no mundo. Em Sobral, Ce, acontecerão vários eventos no Museu do Eclipse, inaugurado em 29 de março de 1999 para celebrar os 80 anos do mais famoso eclipse na história da astronomia brasileira. Importante frisar que hoje não é mais necessário esperar um eclipse solar total para comprovar o “Efeito Einstein”. Ele é comprovado por muitas experiências e pela observação dos quasares por meios ópticos e pelos radiotelescópios. Em todos eles, o desvio obtido coincide com o calculado por Einstein.

Referências

Einstein no Brasil, Marcomede Rangel Nunes, editora Régis Aló, 2005
Teoria de Einstein é confirmada no Ceará, N. Travnik, Diario do Povo, Campinas, 1989
Observatório Nacional – 185 Anos, Terezinha J. Rodrigues, MCE Gráfica Editora, 2012
História do Observatório Nacional, Antonio P. Videira, MCE Gráfica Editora, 2007
Dicionário Enciclopédico de Astronomia e Astronáutica, Ronaldo R. de Freitas Mourão, editora Nova Fronteira, 1996.
O Eclipse de 1912 e a correspondência entre Morize e Perrine, Raquel S. Oliveira,CNPq,
Encontros e Desencontros na Observação do Eclipse Solar de 10/10/1912, Christina H. Barboza, MAST/MCTI,
Agradecimento: ao físico, escritor e astrônomo , Paulo Bedaque ,companheiro em três eclipses totais do Sol, meus melhores agradecimentos pela revisão do texto .

11 pensamentos em “Há Cem anos, Um Dos Postulados da Relatividade de Einstein era Confirmado no Brasil”

  1. O Trem Jocaxiano
    Por Jocax Novembro/2016
    ===========================

    Resumo: Este artigo mostra duas situações bastante simples e análogas em relação ao experimento mental clássico
    (conhecido como o ‘Trem de Einstein’) que explica a dilatação temporal e depois aponta uma contradição entre elas.

    O Trem de Einstein

    É familiar a todo estudante de teoria da relatividade restrita a experiência mental que mostra
    a dilatação temporal ocorrendo quando se postula a invariancia da medida da velocidade da luz.
    Podemos ver, a seguir, alguns links de sites com exemplos:

    O trem de Einstein e a dilatação do tempo:

    1- http://acervo.novaescola.org.br/ciencias/fundamentos/einstein-teoria-relatividade-dilatacao-do-tempo-605460.shtml

    2- http://www.infoescola.com/fisica/dilatacao-do-tempo/

    3-http://alunosonline.uol.com.br/fisica/dilatacao-do-tempo.html

    Podemos ver, nestes exemplos clássicos, que o observador que vê o feixe de luz ir e voltar pelo mesmo caminho em seu referencial,
    (nestes exemplos o observador que se encontra dentro do vagão onde também se encontra a fonte de luz)
    calcula um tempo menor para o percurso da luz do que o observador que observa a luz fazendo um caminho mais longo,
    como parte de um “triângulo” (neste caso, o observador na estação).

    Por isso, o relógio do observador que está no vagão anda mais devagar em relação ao observador que o que está parado na estação
    (que mede um tempo maior para o percurso da luz), de modo que, para ambos, a velocidade da luz seja a mesma (=c).

    Este Fenômeno este é conhecido como “dilatação temporal”.
    ( Resumindo sofre dilatação temporal quem observa a luz fazer o menor caminho, neste caso, quem está dentro do trem em movimento ).

    Tudo muito didático e simples. Eis que então surge o Trem Jocaxiano .

    O Trem Jocaxiano

    O trem jocaxiano nada mais eh que o velho trem de Einstein com um belo furo no chão ! 🙂

    Quando o trem passa , uma lanterna, parada no solo da estacao, emite um feixe de luz através do furo e entra no trem em movimento bate no teto espelhado do trem
    e volta para a mesma lanterna que emitiu o feixe(se o furo for suficientemente grande).

    Ou seja, quando o trem jocaxiano passa, a luz entra pelo furo bate no teto e volta pra lanterna fazendo um vai e volta semelhante
    ao Trem de Einstein mas, quem está na estação agora é que observa a luz ir e voltar pelo mesmo caminho (o caminho mais curto!).

    Já para o observador que está no vagão em movimento a luz faz um percurso mais longo, como uma parte de “triângulo”.
    Ou seja, quem está no vagão em movimento observa um caminho *maior* do feixe de luz do que o observador parado na estação.

    Portanto , como os dois observadores devem medir a mesma velocidade para a luz, o tempo, dentro deste Trem jocaxiano,
    passa mais rápido do que para o observador que está parado na estação e vê a luz fazer o menor caminho.

    Assim, neste caso, sofre dilatação temporal quem está fora do trem, em repouso. Isto é o tempo passa mais rápido para o observador
    no trem em movimento: aquele que observa a luz fazer um caminho mais longo.

    Paradoxo

    Portanto este experimento mental mostra que temos um paradoxo na relatividade restrita, o mesmo trem físico,
    os mesmos observadores, sofrem uma dilatação temporal que depende de onde parte a luz , se de dentro do trem ou fora dele !!

    Referencias:
    O Paradoxo das Gemeas:
    https://social.stoa.usp.br/paradoxosrelat/blog/paradoxo-das-gemeas

  2. Artigo muito interessante. É um relato completo de um evento histórico. Como um detalhe adicional, a duração desse eclipse solar me lembra aquele que foi visto na América Central e no Brasil no ano 1991. Fui testemunha desse evento. Parabéns e cumprimentos de Guatemala.

  3. Algum Físico poderia ter a bondade de me explicar sobre a eficácia deste método? Às vezes me pergunto se o que se constatou não fora apenas um fenômeno semelhante ao de uma miragem ou deformação da paisagem, que vemos aqui na Terra, quando visualizamos e fotografamos o horizonte visto sobre um asfalto quente. Este experimento realmente é eficaz para se afirmar que, de fato, existe um tecido espaço-tempo? Ninguém nunca questionou?

    1. Oi, Jakeline

      O efeito da distorção do horizonte visto por cima de um asfalto quente é devido à turbulência no ar, que é aquecido pelo próprio asfalto. Pode-se observar o meso efeito sobre os capôs dos carros em um engarrafamento 🙂

      No caso do eclipse, o que se observou foi um deslocamento das posições das estrelas, não um efeito de tremular. As estrelas naquela região aparecem em determinadas posições, depois, com a massa do Sol e da Lua no meio do caminho, apareceram em outras posições (ligeira mas significativamente deslocadas).

      Existem, sim, questionamentos quanto à relatividade geral mas nenhum se mostrou realmente consistente. Sumiu a dúvida? 🙂

      1. Oi, Leandro!
        Obrigada pela resposta. A dúvida não sumiu por completo, ainda. Mas se vc tiver mais um pouco de paciência, acredito que ela vá sumir completamente. Eu sei que os ambientes são diferentes, que a atmosfera e ventos solares são uma coisa distinta da terrestre, que não se trata de tremulações na imagem, etc. Na verdade, eu imaginei um efeito semelhante. Se as condições de pressão, temperatura, distância, etc, aqui na Terra são pequenas e nos causam essas “ilusões”, imagino o quão poderosa seria a influência do Sol nas nossas visualizações. O percurso que a luz das estrelas faz, as partículas envolvidas no processo,,. enfim, é claro que as cercanias do sol iriam provocar algum desvio, não acha?
        Desculpa pela teimosia!
        Participei do hangout sobre o ensino de Astronomia. Excelente!
        Um abraço

        1. Oi Jakeline

          Que bom que participou do hangout, e fico feliz que tenha gostado! Ensino de Astronomia e educação científica é um assunto fascinante e muito importante não só em nosso país.

          Repare que esse tremular da imagem que vemos aqui na Terra próximo o asfalto (ou ao capô de um carro) acontece por causa do tremular do ar. O calor aquece o ar, ou seja, as moléculas e partículas em suspensão se movimentam com maior velocidade, e a luz atravessando esse meio turbulento chega oscilante aos nossos olhos.

          No espaço não tem ar, portanto, esse feito não ocorre. O calor não causa o tremular da imagem agindo diretamente “na imagem” ou nos raios de luz que formam a imagem que vemos, mas no ar por onde passam os raios de luz que formarão a imagem em nossa retina ou em nossa câmera fotográfica. Por isso o deslocamento observado no eclipse não poderia ser explicada por esse feito.

          Não tem teimosia nenhuma, é assim que o conhecimento caminha!!
          Forte Abraço!

          1. 🙂 🙂
            Que bom, Leandro! Agora, minha dúvida sumiu. Muito obrigada!
            Sempre que posso, participo dos hangouts do NUPESC. Adoro.
            Um abraço, e tudo de bom!

          2. Boa noite professor Leandro, meu nome é Felipe e tenho uma duvida relacionada a essa resposta……….. o que o sol queima para se manter aceso? esse gás exposto a alta temperatura do sol não poderia distorcer a luz da estrela de forma similar ao que ocorre com o ar quente na nossa atmosfera ?
            abraço

            1. Oi, Felipe

              As estrelas produzem sua energia não exatamente através da “queima de um combustível” entendido literalmente. O que ocorre no núcleo de uma estrela é a fusão nuclear, devido à enorme pressão ali dentro. Dois átomos de hidrogênio se fundem dando origem a um átomo de hélio, e nesse processo é a liberação de uma quantidade de energia que percebemos como a luz e o calor da estrela. Assim é o início de toda estrela, transformando hidrogênio em hélio e, na medida em que a estrela evolui, outros elementos são fabricados.

              Então não acontece tal distorção porque não há duas coisas, uma fonte de luz exposta à algo alta temperatura. Todo o material luminoso está com essa alta temperatura, ou seja, a luz já é emitida por algo muito quente.

              Se entendi sua pergunta, você pensa naquele efeito de imagem oscilante que vemos próximo ao no capô do carro ou próximo ao asfalto quente certo? Isso ocorro porque a alta temperatura esquenta ar por ende estão passando os raios de luz antes de chegar aos nossos olhos. No espaço não há ar e, como vimos, a luz está saindo direto da fonte do calor.

    2. Olá Jakeline e Leandro, me permitam participar dessa conversa.
      Existe um exercício bem simples que pode ajudar nessa situação.
      Imaginemos que o tempo espaço seja uma cama elástica
      Se rolarmos pequenas bolinhas pela superfície, elas fluirão livremente pela superfície.
      Porém se colocarmos um objeto pesado como uma grande bola de metal no meio da superfície da nossa cama elástica ela sofrerá uma distorção.
      Se lançarmos novamente as pequenas bolinhas pela cama elástica, o movimento delas será influenciado pela presença do corpo massivo.
      A distorção da posição da luz das estrelas (afinal de contas não vemos a estrela, mas a luz/imagem dela que partiu em algum tempo no passado) acontece por causa da presença do corpo massivo, no caso o Sol.
      Simples não é?
      Talvez inclusive você já tenha visto/ouvido essa ilustração.
      Cordiais abraços.

      1. Olá, Marcelo Alves.
        Muito bom vc ter acrescentado estas explicações.
        Você fez uma ótima comparação do tecido espaço-tempo com a cama elástica. E, sim, já vi esta ilustracao, pois é bem conhecida. Engraçado é que, imaginando esta comparação, procuro entender de que maneira este tecido está disposto no Universo, já que, no caso da cama elástica, há uma armação e grampos que seguram o tecido, além da referência de posição a qual visualizamos a cama. No espaço não há referência de direção, não existe norte, sul, leste, oeste, horizonte, nem lado de cima, lado de baixo, nos quais o tal tecido estaria disposto. Não sei se fui clara! Fica difícil explicar assim. Então, fico imaginando que raio de “tecido” seria este, “suspenso” no Universo, de maneira que ele nunca “afunda”, com um corpo massivo como o Sol, transformando-se em um “saco fechado”, ao invés desta configuração plana. Mas isto são coisas de leigo (como eu). Fica para os físicos a compreensão e a explicação.
        Agradeço muito pela sua colaboração,
        Um abraço

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