4 aplicações da teoria da relatividade de Einstein na vida real


A teoria da relatividade de Einstein mudou a forma como pensamos e percebemos o mundo ao nosso redor, revolucionando séculos de pensamento científico.

Sua teoria da relatividade restrita, criada em 1905, juntamente com a teoria da relatividade geral de 1915, explicaram ao mundo que tempo e espaço são relativos, de acordo com o observador.

Apesar dessa teoria parecer distante ou complexa, ela está muito presente no nosso dia a dia.

Mas o que diz a teoria da relatividade?

A teoria da relatividade restrita, de 1905, afirma que as leis da física são iguais em qualquer lugar do universo, seja para um objeto em movimento ou não. Já a teoria da relatividade geral em 1915, determinou que objetos maciços causam uma distorção no espaço-tempo, que é sentida como gravidade.

Essas duas teorias juntas formam a Teoria da Relatividade, que em resumo, podem ser entendidas por meio dessas premissas:

  • Não existe uma referência que seja absoluta. O tempo, a velocidade ou o impulso de um objeto serão sempre relativos, dependendo do ponto de vista de um outro objeto ou observador.
  • A velocidade da luz é constante, não importa a velocidade de quem a está medindo.
  • Nada pode ir mais rápido do que a luz.

A partir dessa teoria, conseguimos explicar o movimento dos planetas ou o efeito da gravidade na luz em contato com buracos negros. Entretanto, muitas coisas que estão presentes no nosso dia-a-dia funcionam por meio da lei da relatividade.

Sem ela, nossos GPS's nunca acertariam a localização

GPS

A Teoria da Relatividade Geral é essencial para o funcionamento do Sistema de Posicionamento Global, ou GPS.

Este sistema é composto por 24 satélites voando em órbitas diferentes ao redor da Terra. Para determinar posições, os satélites enviam seus sinais às estações terrestres e para as unidades de GPS, como as que você pode ter em seu celular.

Apesar dos satélites GPS não estarem na velocidade da luz, eles orbitam em uma velocidade alta, de 10.000 km/h. Devido à essa velocidade, junto com a diferença de gravidade em sua órbita em relação a um observador na Terra, a dilatação do tempo torna-se um fator crucial para uma determinação precisa da posição.

Uma diferença de apenas um microssegundo entre os relógios dos satélites e das estações terrestres levaria a um erro de posição de um quilômetro em seu GPS!

Como resultado, os relógios dos satélites devem ser sintonizados para correr mais devagar do que a quantidade calculada.

Os eletroímãs se atraem ou repelem por causa da relatividade

eletroima

Apenas alguns metais são naturalmente magnéticos, como o ferro. Porém, é possível criar um ímã de qualquer metal, executando uma corrente elétrica através dele.

Esses metais eletrizados têm uma propriedade específica: eles apenas afetam magneticamente os objetos que se movem e não têm efeito em objetos estacionários. Isso é o que acontece num eletroímã.

Quando uma corrente contínua de carga elétrica flui através de um fio, os elétrons passarão pelo material.

Normalmente, o fio pareceria ser eletricamente neutro, sem carga líquida positiva ou negativa. Essa é a consequência dele ter o mesmo número de prótons (carga positivas) e elétrons (cargas negativas). Porém, esses fios irão se atrair ou repelir, dependendo da direção em que a corrente está em movimento.

Por exemplo, se você colocar outro fio ao lado dele, com uma corrente que tenha a mesma força e esteja indo na mesma direção, os elétrons do primeiro fio irão perceber os elétrons do segundo fio como imóveis, visto que eles estarão seguindo o mesmo movimento.

Entretanto, da perspectiva dos elétrons, os prótons em ambos os fios parecem estar se movendo, e por isso, aparentam estar mais espaçados. Assim, haverá mais carga positiva por comprimento de fio do que a carga negativa. Como as cargas são repelentes, os dois fios também se repelem.

Se as correntes se movimentam em direções opostas, elas irão se atrair.

Isso acontece porque do ponto de vista do primeiro fio, parecerá que existem mais elétrons no outro fio, criando uma carga negativa líquida. Enquanto isso, os prótons no primeiro fio parecerão estáticos, criando uma carga positiva, e assim, os opostos irão se atrair.

Sem a relatividade, o ouro seria azul!

Ouro

Sem os efeitos da relatividade nós veríamos um ouro azulado, e não o amarelo dourado que conhecemos.

Isso acontece porque na maioria dos metais, os elétrons nos átomos se movem em diferentes orbitais. Parte da luz que atinge o metal é absorvida e re-emitida, embora com um comprimento de onda maior. Porém, a maioria das luzes visíveis é apenas refletida.

Há um total de 79 elétrons em torno de um átomo de ouro e 79 prótons no núcleo. Na orbital mais próxima do núcleo, os elétrons se movem muito mais rápido, e por um caminho menor.

Como os elétrons estão se movendo rápido, eles parecem estar mais próximos do que realmente são. Para um elétron pular para um nível de energia mais elevado, ele precisa absorver um comprimento de onda específico da luz.

No ouro, os comprimentos de onda que podem ser absorvidos geralmente estão na faixa ultravioleta. No entanto, quando consideramos os efeitos relativistas que parecem deixar as órbitas mais próximas, o ouro começa a absorver a luz que possui um comprimento menor, a luz azul.

Então a luz azul é absorvida e apenas as cores vermelhas, laranjas e amarelas são refletidas nos nossos olhos. Por isso, o ouro tem um brilho amarelado.

Sem os efeitos relativistas, a imagem das tvs antigas seria toda distorcida!

tv antiga

As TV antigas eram equipadas com um instrumento chamado tubo de raio catódico.

Esse tubo funcionava utilizando um imã para disparar elétrons em uma superfície de fósforo, que produz luz quando é atingido por elétrons. Cada elétron então equivalia a um pixel iluminado na tela.

Esses elétrons, de carga negativa, viajam em cerca de 30% da velocidade da luz. Para que eles fossem direcionados para o ponto correto na tela, criando uma imagem perfeita, os imãs de carga positiva que puxariam os elétrons de carga negativa deveriam estar bem posicionados. Para isso, os efeitos relativistas deveriam ser considerados.