Albert Einstein é um dos físicos mais famosos do século XX. Porém, além de teorias surpreendentes que descrevem o mundo em grande escala com incrível precisão, ele revelou um fenômeno curioso: quanto maior a gravidade, mais lento o tempo passa.
Einstein chamou sua primeira teoria conhecida em todo o mundo de teoria da relatividade especial. Era especial porque lidava com velocidades constantes. Para reconciliá-lo com o mundo real, no qual os objetos estão constantemente acelerando e desacelerando, ele precisava investigar as implicações de sua teoria quando se tratava de aceleração. Essa tentativa de generalizar e levar em consideração todos os fenômenos gerais levou à descoberta da relação entre o tempo e a gravidade. Einstein chamou sua nova teoria de Relatividade Geral.
Newton acreditava que o fluxo do tempo é como uma flecha. Ele se move continuamente em apenas uma direção - para frente. Einstein sugeriu que o tempo muda na proporção inversa da velocidade. E devido à sua fluidez, como o espaço, "merecia" sua própria medida. Além disso, Einstein argumentou que o espaço e o tempo são um único todo - um tecido quadridimensional flexível no qual todos os eventos do Universo acontecem. Isso é o que ele chamou - a estrutura do espaço-tempo. Quando o físico publicou seu trabalho com todas as conclusões, ela foi saudada com descrença.
De acordo com a Relatividade Geral, a matéria estica e contrai a estrutura do espaço-tempo. Acontece que os objetos não são atraídos para o centro da Terra de alguma forma misteriosa, mas, ao contrário, são empurrados pelo espaço curvo ao redor deles. Como uma inclinação, a curvatura do espaço-tempo acelera os objetos que se movem para baixo, embora a taxa dessa aceleração não seja sempre a mesma. A força da gravidade aumenta à medida que você se aproxima da superfície da Terra, onde a curvatura é mais intensa.
A história do universo na seta do tempo.
Se a força da gravidade aumentar à medida que se move para baixo, o objeto cairá livremente para o ponto B na superfície mais rápido do que para o ponto A em uma altitude superior. De acordo com a Teoria da Relatividade Especial, o tempo para um objeto em queda livre no ponto B deve ser mais lento em relação ao objeto no ponto A devido ao fato de que a velocidade do objeto no ponto B é maior.
Que horas são
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Que horas são corretas? Einstein postulou que não existe tempo absoluto. O tempo é relativo dependendo do sistema de forças a que está sujeito. Isso é formalmente chamado de quadro de referência. O tempo que passa em seu sistema é chamado de seu próprio tempo. Se as leis do movimento devem ser as mesmas para todos os observadores, independentemente de seu movimento, o tempo deve diminuir. Ou seja, quanto mais rápido você se move, mais devagar seu relógio avança em relação aos outros relógios. Foi o que a heroína Anne Hathaway disse ao personagem Matthew McConaughey em "Interestelar" após a descida a um planeta distante: "Uma hora neste planeta é igual a sete anos terrestres."
Portanto, observar a desaceleração do tempo é uma limitação de nossa constituição neurológica primitiva ou o tempo está realmente diminuindo a velocidade? E o que a dilatação do tempo realmente significa? No final, isso nos leva à questão: o que é o tempo? Esta não é apenas uma pergunta que estudantes de filosofia fazem uns aos outros enquanto tomam um copo de cerveja. O conceito de tempo intrigou filósofos e físicos naturais desde tempos imemoriais.
A principal função do tempo é acompanhar a cronologia dos eventos. No entanto, até os últimos 400 anos, as pessoas determinavam o tempo com base na suposição de que as estrelas se moviam ao redor da Terra, e não vice-versa. Independentemente disso, tudo funcionou razoavelmente bem até certo ponto - devido ao fato de que os dias e as estações se repetiam de maneira previsível, e quando você tem algo que se repete de maneira previsível, existe um mecanismo para controlar o tempo.
Galileu usou a natureza recursiva de tal mecanismo para calcular o movimento. A descrição do movimento seria impossível sem alguma designação de tempo. Mas esse tempo nunca foi absoluto. Mesmo quando Newton formulou suas leis do movimento, ele usou o conceito de tempo, no qual dois pares de relógios marcam sincronicamente, não com o tempo absoluto e independente, mas um com o outro. A sincronização é a razão pela qual a humanidade construiu um relógio atômico sofisticado e preciso.
O conceito de tempo é construído sobre a simultaneidade ou coincidência decisiva de dois eventos - como a chegada de um trem e a coincidência única dos ponteiros do relógio naquele momento. A teoria de Einstein afirma que isso deve ser influenciado pelo movimento. Se os dois observadores na plataforma e no trem não podem concordar sobre o que é ao mesmo tempo, eles não podem concordar sobre como o próprio tempo flui.
Movimento distorce o tempo
Para entender o efeito do movimento na previsibilidade, considere um mecanismo de tempo simples. Imagine um aparelho de rastreamento de tempo consistindo de um fóton que salta entre dois espelhos espaçados por uma distância finita. Deixe um segundo passar durante o período de reflexão do fóton. Agora colocaremos dois desses dispositivos nos pontos A e B acima da superfície da Terra e diretamente sobre ela (como no exemplo descrito acima) e veremos como eles contam o tempo em que um objeto em queda livre passa por eles. Por sua vez, este objeto mede seu próprio tempo usando o mesmo relógio. O que eles vão mostrar?
Observar o reflexo de um fóton entre dois espelhos em movimento é como assistir a uma bola de tênis quicando em um trem em movimento. Mesmo que a bola salte perpendicularmente para alguém no trem, ela descreve triângulos para um observador estacionário externo.
Um experimento com um relógio caindo.
Quando o aparelho se move para frente, parece que o fóton, como uma bola, percorre uma distância maior depois de ser refletido. Acontece que um dos resultados do nosso experimento está distorcido! Além disso, quanto mais rápido o aparelho se move, mais tempo leva para o fóton refletir, estendendo assim a duração de um segundo. É por isso que a passagem do tempo no ponto B acaba sendo mais lenta do que no ponto A (lembre-se: devido à gravidade, o objeto cai no ponto B mais rápido do que no ponto A).
Claro, essa diferença é insignificante. A diferença entre o tempo medido por relógios no topo das montanhas e na superfície da Terra é de apenas alguns nanossegundos. No entanto, a descoberta de Einstein foi um verdadeiro avanço. A gravidade realmente interfere na passagem do tempo, o que significa que quanto maior a massa de um objeto, mais lento o tempo passa perto dele. Alguns físicos chegam a fazer uma reserva de que todos os objetos no Universo parecem sentir isso e tentam cair onde o tempo passa mais devagar, de lugares onde o tempo passa mais rápido.
Campo gravitacional da Terra e satélite GPS.
Pernas mais jovens que a cabeça
Hoje, a dilatação do tempo gravitacional não é apenas um fenômeno conhecido no campo da física teórica, mas também uma ferramenta prática. Graças à descoberta de Einstein e suas equações, temos algo tão maravilhoso como a navegação GPS, que não poderia funcionar com tanta precisão se a diferença entre o curso do tempo na superfície da Terra e o curso do tempo na órbita próxima à Terra não fosse levada em consideração. A dilatação do tempo gravitacional também ajuda os físicos teóricos e astrofísicos a construir teorias precisas sobre o que está acontecendo no espaço profundo perto de objetos dos quais não podemos chegar fisicamente (por exemplo, buracos negros e estrelas de nêutrons). E sim, devido a esse fenômeno, acontece que suas pernas - embora infinitamente insignificantes - são mais jovens que sua cabeça.
Vladimir Guillen
