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Obrigado por comprar uma edição autorizada desta obra e por cumprir a lei de direitos autorais não reproduzindo ou distribuindo nenhuma parte dela sem autorização. Você está apoiando os autores e a Cia do eBook para que continuem a publicar novas obras. CAPA, REVISÃO E DIAGRAMAÇÃO Equipe Cia do eBook ISBN 9788555851094 EDITORA CIA DO EBOOK Rua Ataliba Souza Silva, 311 18860-000 - Conjunto Ermínio Maranho Timburi/SP Website: www.ciadoebook.com.br Dúvidas ou sugestões: sac@ciadoebook.com.br https://www.ciadoebook.com.br mailto:sac@ciadoebook.com.br SUMÁRIO Capa Espelho Página de créditos O autor Apresentação Introdução A Teoria da Relatividade de Einstein A terra como um carro em movimento A alteração de Einstein Novo sistema de coordenadas Deflexão da luz Dificuldade exagerada Notas de rodapé Conheça outras obras da Cia do eBook Informações sobre os próximos lançamentos kindle:embed:0002?mime=image/jpg Hendrik Antoon Lorentz (1916) Apresentação O texto apresentado a seguir foi publicado como uma série de artigos, no New York Times, The Review of Reviews e The Athenaeum em 1919. Posteriormente, em 1920, foi publicado na forma de um livro. É importante mencionar que foi no ano de 1919 que ocorreu o eclipse total do sol que permitiu o primeiro grande teste da Teoria da Relatividade Geral. Einstein tornou-se instantaneamente uma celebridade, e a curiosidade gerada pela nova teoria fez com que diversos textos de divulgação fossem publicados na imprensa, um deles é o texto aqui apresentado. Lorentz, o autor do texto a seguir, foi um dos grandes nomes da ciência entre o final do século dezenove e o começo do século vinte, agraciado com o Prêmio Nobel em 1902. Mais importante ainda é o fato de que seu trabalho (as chamadas Transformações de Lorentz) serviu de base para a Teoria da Relatividade Restrita, que, por sua vez, fundamenta a Relatividade Geral. Acreditamos que o livro de Lorentz tem importância histórica, pois nos mostra como a Relatividade era vista pelos cientistas que acompanharam sua criação. Luís Orlando Emerich dos Santos Introdução O ato da Royal Society, em sua reunião em seis de novembro (1919), de reconhecer a Teoria da Relatividade de Einstein, tem causado uma grande agitação nos círculos científicos em ambos os lados do Atlântico. O Dr. Einstein propôs sua teoria quase quinze anos atrás. A presente renovação do interesse nela deve-se à extraordinária confirmação que ela recebeu nos relatos das observações feitas durante o eclipse solar do último maio para determinar se os raios de luz passando próximos ao sol são defletidos do seu curso. A efetiva deflexão dos raios que foi descoberta pelos astrônomos foi precisamente aquela que foi teoricamente prevista por Einstein há muitos anos. Essa impressionante confirmação tem levado alguns cientistas alemães a afirmar que nenhuma descoberta científica de tamanha importância havia ocorrido desde que a teoria da gravitação de Newton foi publicada. Essa sugestão, entretanto, foi posta de lado pelo próprio Dr. Einstein quando entrevistado em sua casa, em Berlin, por um correspondente do New York Times. A esse corresponde ele expressou a diferença entre sua concepção e a lei da gravitação nos seguintes termos: “Por favor, imagine que a terra desaparecesse, e no seu lugar houvesse uma caixa grande como um quarto ou uma casa inteira suspensa, e dentro, um homem flutuando no centro, não havendo nenhuma força que o puxasse. Imagine agora, esta caixa sendo puxada subitamente para um lado por uma corda ou outro artifício, o que é chamado em termos científicos de movimento acelerado em oposição a movimento uniforme. A pessoa iria então naturalmente para o outro extremo da caixa. O resultado seria consequentemente o mesmo que o da lei da gravitação de Newton, apesar de, de fato, nenhuma gravitação estar agindo, isso prova que o movimento acelerado produzirá em todos os casos os mesmos efeitos que a gravitação. Eu venho aplicando essa nova ideia a todo o tipo de movimento acelerado e tenho assim desenvolvido as fórmulas matemáticas que, estou convicto, dão resultados mais precisos que os obtidos pela teoria de Newton. As fórmulas de Newton, entretanto, são tão boas aproximações que é difícil encontrar, através de observações, qualquer desacordo mais obvio com experimentos.” O Dr. Einstein, deve-se lembrar, é um físico e não um astrônomo. Ele desenvolveu sua teoria como uma formulação matemática. A confirmação dela veio dos astrônomos. Como ele mesmo diz, o teste crucial foi fornecido pelo último eclipse total do sol. As observações então provaram que os raios de luz das estrelas fixas, passando junto ao sol para chegar à terra, são defletidos na exata quantia exigida pelas fórmulas de Einstein. A pergunta que dever ter surgido a muitos, o que tem isso tudo a ver com relatividade? Quando esta questão foi feita pelo corresponde do Times ao Dr. Einstein ele respondeu o seguinte: “O termo relatividade se refere ao tempo e ao espaço. De acordo com Galileu e Newton, o tempo e o espaço são entidades absolutas, e os sistemas em movimento no universo são dependentes do espaço e tempo absolutos. Sobre essa concepção foi construída a ciência da mecânica. A formulação resultante dá conta de todo movimento lento; foi descoberto, entretanto, que não dá conta do movimento rápido que aparece na eletrodinâmica.” Isto levou o professor holandês, Lorentz, e eu mesmo a desenvolvermos a teoria especial da relatividade. De forma breve, ela descarta o espaço e tempo absolutos e faz com que ambos sejam, em todos os casos, relativos aos sistemas em movimento. Por essa teoria todo fenômeno na eletrodinâmica, tanto quanto na mecânica, até então inexplicáveis pela formulação antiga – e há inúmeros – são agora satisfatoriamente compreendidos. “Até agora acreditava-se que o tempo e o espaço existiam por si mesmos até se não houvesse mais nada – nem sol, nem terra, nem estrelas –, no entanto, agora sabemos que o tempo e o espaço não são o recipientedo universo, mas nem mesmo existiriam se não houvesse o conteúdo, isto é, o sol, a terra e os outros corpos celestes.” Essa relatividade especial, que forma a primeira parte da minha teoria, aplica-se a todos os sistemas em movimento uniforme; isto é, movendo-se em uma linha reta com velocidade constante. Gradualmente eu fui sendo levado à ideia, aparentemente bem paradoxal na ciência, de que isso se aplica igualmente a todos os sistemas em movimento, mesmo em movimento acelerado, e assim eu desenvolvi a concepção da relatividade geral que forma a segunda parte da minha teoria.” Como foi resumido pelo astrônomo americano, Professor Henry Norris Russell, de Princeton, na Revista Scientific American de 29 de novembro, a contribuição de Einstein equivale ao seguinte: “O fato central que foi demonstrado – e que é de grande interesse e importância – é que os fenômenos naturais envolvendo gravitação e inércia (tais como os movimentos dos planetas) e os fenômenos naturais envolvendo eletricidade e magnetismo (incluindo o movimento da luz) não são independentes um do outro, mas estão intimamente relacionados, de modo que ambos os conjuntos de fenômenos devem ser considerados como partes de um amplo sistema, englobando toda a Natureza. A relação entre os dois, entretanto, é de tal feitio que somente é perceptível em pouquíssimos casos, e somente em observações precisas.” Mesmo antes da guerra, Einstein tinha uma fama imensa entre os físicos, e entre todos que têm interesse em filosofia da ciência, por causa do seu princípio da relatividade. Maxwell havia mostrado que a luz é eletromagnética, e havia reduzido toda a teoria do eletromagnetismo a um pequeno conjunto de equações, o que foi fundamental para todo o desenvolvimento subsequente. Mas nessas equações estava enredada a hipótese do éter1, e a noção de movimento relativo ao éter. Como supunha-se que o éter estava em repouso, esse movimento era indistinguível do movimento absoluto. O movimento da terra em relação ao éter deve ser diferente em pontos diferentes de sua órbita, e fenômenos mensuráveis deveriam surgir como resultado dessa diferença. Mas não surgiram, e todas as tentativas de detectar efeitos do movimento da terra em relação ao éter falharam. A teoria da relatividade teve sucesso em levar em consideração esse fato. Mas foi necessário, a propósito, abandonar o tempo universal e substituí-lo por tempos locais relacionados aos corpos em movimento e variando de acordo com seu movimento. As equações nas quais a teoria da relatividade é baseada são devidas a Lorentz, mas Einstein conectou-as com seu princípio geral, a saber, que não deve haver nada, nos fenômenos observáveis, que possa ser atribuído ao movimento absoluto do observador. Na ortodoxia da dinâmica de Newton o princípio da relatividade tem uma forma mais simples, que não requer a substituição do tempo local por um tempo geral. Mas agora fica claro que a dinâmica de Newton é válida somente quando nos restringimos a velocidades muito menores que a velocidade da luz. Todo o sistema de Galileu-Newton, portanto, se reduz ao nível de uma primeira aproximação, tornando-se progressivamente menos exato à medida que as velocidades em consideração se aproximam da velocidade da luz. A extensão de seu princípio por Einstein, de modo a levar em conta a gravitação, foi feita durante a guerra, e por um período considerável nossos astrônomos não conseguiram se familiarizar com ela, devido à dificuldade de se obter material impresso alemão. Entretanto, cópias do seu trabalho por fim alcançaram o mundo exterior, permitindo que se aprendesse mais sobre ele. A gravidade, desde Newton, havia ficado isolada das outras forças da natureza; diversas tentativas de alterar isso foram feitas, mas sem sucesso. A imensa unificação levada a efeito pelo eletromagnetismo aparentemente havia deixado a gravidade fora de seu escopo. Parecia que a natureza havia proposto aos físicos um desafio que nenhum deles estava apto a fazer frente. Nesse ponto Einstein interveio com uma hipótese que, independe de toda verificação subsequente, merece ranquear como um dos grandes monumentos do gênio humano. Após corrigir Newton, faltava corrigir Euclides, e foi em termos de geometria não-euclidiana que ele apresentou sua nova teoria. Geometria não- euclidiana é um estudo cujo objetivo original era lógico e filosófico; poucos entre seus criadores sequer sonhavam que ela viria a ser aplicada na física. Percebeu-se que alguns dos axiomas de Euclides não eram “verdades necessárias”, mas somente leis empíricas; de modo a estabelecer essa visão, geometrias internamente consistentes foram construídas sobre premissas outras que as de Euclides. Nessas geometrias a soma dos ângulos de um triângulo não é dois ângulos retos, e a diferença em relação a dois ângulos retos aumenta à medida que o tamanho do triângulo aumenta. É frequentemente dito que em geometrias não-euclidianas o espaço tem uma curvatura, mas essa maneira de apresentar a matéria é equivocada, uma vez que parece implicar uma quarta dimensão, o que não é uma implicação desses sistemas. Einstein supôs que o espaço é euclidiano nas regiões distantes o suficiente da matéria, mas a presença de matéria faz com que ele se torne levemente não- euclidiano – quanto mais matéria há na vizinhança, mais o espaço se distancia de Euclides. Com o auxílio dessa hipótese, e mais sua prévia teoria da relatividade, ele deduziu a gravitação – muito proximamente, mas não exatamente, em acordo com a lei de Newton do inverso do quadrado. As pequenas diferenças entre os efeitos deduzidos por sua teoria e aqueles deduzidos pela teoria de Newton são mensuráveis em alguns casos. Há, até o momento, três testes cruciais da precisão da nova teoria em relação à antiga. (1) O periélio de Mercúrio apresenta uma discrepância que há muito intriga os astrônomos. Esta discrepância é plenamente explicada por Einstein. Quando foi publicado sua teoria, essa era sua única verificação experimental. (2) Os físicos modernos estavam dispostos a supor que a luz seria sujeita à gravitação – isto é, que um raio de luz passando perto de uma grande massa como o sol seria defletido de acordo com a teoria ortodoxa da gravitação. Mas a teoria de Einstein requeria que a luz fosse defletida o dobro do previsto pela teoria antiga. A questão só poderia ser testada durante um eclipse entre um conjunto de estrelas brilhantes. Por sorte um eclipse peculiarmente favorável ocorreu ano passado. Os resultados das observações foram agora publicados e são tais que validam as previsões de Einstein. A validação não é, obviamente, exata; em observações tão delicadas isso não deve ser esperado. Em alguns casos o desvio é considerável. Mas levando-se em conta a média das melhores séries de observações, a deflexão junto à borda do sol foi encontrada como sendo 1,98”, com um erro provável de seis por cento, enquanto a deflexão calculada pela teoria de Einstein deveria ser 1,75”. Deve-se notar que a teoria de Einstein prevê uma deflexão que é o dobro da prevista pela teoria ortodoxa, e que a deflexão observada é levemente maior que a que Einstein previu. A discrepância está dentro do que se poderia esperar tendo em vista a minuciosidade das medições. É, portanto, geralmente reconhecido pelos astrônomos que o resultado é um triunfo para Einstein. (3) No entusiasmo dessa verificação sensacional, tem havido uma tendência de se ignorar um terceiro teste experimental a que a teoria de Einstein foi submetida. Se sua teoria é correta em sua forma, em um campo gravitacional deve haver um desvio para overmelho nas linhas do espectro. Este efeito não foi encontrado. Espectroscopistas mantêm que, tanto quanto pode ser observado atualmente, não há como explicar esse fracasso se a teoria de Einstein for aceita em sua presente forma. Eles admitem que algum efeito compensatório que explique a discrepância pode ser descoberto, mas pensam que é mais provável que a teoria precise de alguma modificação essencial. Por enquanto é necessária uma certa suspensão do julgamento. A nova lei foi tão incrivelmente bem- sucedida em dois dos três testes que deve haver alguma validade, mesmo que ela não esteja exatamente correta ainda. A teoria de Einstein tem o mais alto grau de mérito estético: todo amante da beleza deve desejar que ela esteja correta. Ela nos dá uma vasta e unificada mostra do funcionamento da natureza, com uma simplicidade técnica em suas hipóteses críticas que faz com que a riqueza das deduções seja estonteante. É um avanço que surgiu da pura teoria: o efeito todo do trabalho de Einstein é fazer a física mais filosófica (em um sentido positivo), e restaurar um pouco daquela unidade intelectual que tinham os grandes sistemas científicos do século dezessete e dezoito, e que foi perdida pelo aumento da especialização e da massa esmagadora de conhecimentos específicos. De alguns modos nossa época não é uma boa época para se viver, mas para aqueles interessados em física há grandes compensações. A Teoria da Relatividade de Einstein O Eclipse do sol de 29 de maio resultou em uma impressionante confirmação da nova teoria do poder atrativo universal da gravitação, desenvolvida por Albert Einstein, e consequentemente reforça a convicção de que essa teoria é um dos mais importantes passos já dados na área da ciência natural. Em resposta a um pedido do editor, eu tentarei contribuir um pouco para a sua apreciação geral nas próximas linhas. Por séculos a doutrina de Newton da atração gravitacional tem sido o mais proeminente exemplo de uma teoria nas ciências naturais. Pela simplicidade de sua ideia básica, uma atração entre dois corpos proporcional às massas e também proporcional ao quadrado da distância2; pela plenitude com que ela explica tantas peculiaridades do movimento dos corpos que compõem o sistema solar; e, finalmente, por sua validade universal, mesmo no caso dos mais distantes sistemas planetários, ela provocou a admiração de todos. Mas, enquanto a perícia dos matemáticos era devotada a produzir cálculos mais exatos das consequências por ela provocadas, nenhum progresso real foi feito na ciência da gravitação. É verdade que a investigação foi transferida para o campo da física, seguindo o sucesso de Cavendish em demonstrar a atração comum entre os corpos com a qual trabalhos experimentais puderam ser feitos, mas sempre foi evidente que a filosofia natural não tinha controle algum sobre o poder universal da atração gravitacional. Enquanto em propriedades elétricas a influência exercida pela matéria colocada entre dois corpos foi prontamente observada – o ponto de partida da nova e fértil disciplina da eletricidade –, no caso da gravitação nenhum traço de influência exercida pela matéria intermediária foi descoberto. A gravidade era, e permaneceu, inacessível e imutável, sem nenhuma conexão, aparentemente, com outros fenômenos da filosofia natural. Einstein pôs um fim a esse isolamento; é hoje bem estabelecido que a gravidade afeta não somente a matéria, mas também a luz. Portanto, fortalecidos na fé que essa teoria já inspirou, podemos assumir com ele que não há um único fenômeno físico ou químico que não sofra – embora muito provavelmente em um grau imperceptível – a influência da gravidade, e que, por outro lado, a atração exercida por um corpo seja limitada num primeiro momento pela quantidade de matéria que ele contém e também, até certo grau, pelo movimento e pela condições físicas e químicas nas quais ele se move. É compreensível que alguém não poderia chegar a tão ampla mudança de ponto de vista seguindo pelos mesmos caminhos já batidos, mas somente introduzindo algum tipo de nova ideia. De fato, Einstein chegou a sua teoria através de uma cadeia de pensamentos de grande originalidade. Tentarei reapresentá-los de forma concisa. A terra como um carro em movimento Todos sabem que uma pessoa pode estar sentada em algum veículo sem notar seu movimento, desde que este movimento não mude sua direção ou velocidade; em um vagão de um rápido trem expresso os objetos caem exatamente da mesma forma que em um vagão parado. Somente se olharmos os objetos de fora ou quando o ar pode entrar no vagão é que podemos perceber as indicações do movimento. Podemos comparar a terra com um veículo em movimento, o qual em seu curso em torno do sol tem uma velocidade notável, cuja magnitude e direção podem ser considerados aproximadamente constantes por um período considerável de tempo. No lugar do ar estaria, assim se pensava anteriormente, o éter que preencheria os espaços do universo e seria o transportador da luz e dos fenômenos eletromagnéticos; havia boas razões para acreditar que o éter era totalmente permeável à terra que podia viajar através dele sem colocá-lo em movimento. Então haveria aqui um caso comparável com um vagão de trem aberto em todos os lados. Certamente deveria haver um poderoso “vento de éter” soprando sobre a terra e sobre nossos instrumentos, e seria de se esperar que algum sinal de sua presença seria notado através de um experimento ou outro. Toda tentativa nessa linha, entretanto, permanecia infrutífera; todo fenômeno examinado era evidentemente independente do movimento da terra. Que é essa a forma com que eles realmente ocorrem foi mostrado por Einstein em sua primeira teoria ou teoria “especial” da relatividade. Para ele o éter não age e no esboço das leis naturais que ele fez não há menção dessa matéria intermediária. Se os espaços do universo são preenchidos com um éter, suponhamos com uma substância na qual, com exceção de eventuais vibrações e outros pequenos movimentos, nunca há aglomeração ou fluxo de uma parte ao longo de outra, então podemos imaginar pontos fixos existindo nessa substância; por exemplo, pontos em uma linha reta, localizados a cada um metro, pontos em um plano, como os ângulos retos ou os quadrados de um tabuleiro de xadrez que se estendesse ao infinito, e finalmente, pontos no espaço obtidos elevando-se repetidamente o plano em um metro na direção perpendicular ao plano. Se, consequentemente, um dos pontos for escolhido com um “ponto original” nós podemos, partindo desse ponto, encontrar qualquer outro ponto através de três passos nas direções perpendiculares nas quais os pontos estão arranjados. Os números mostrando a quantos metros correspondem cada um dos passos podem servir para indicar o lugar do ponto e distingui-lo de qualquer outro; esses números são as chamadas coordenadas dos pontos, comparáveis, por exemplo, com os números em um mapa dando as longitudes e latitudes. Imaginemos que em cada ponto estejam marcados os três números que dão sua posição, então temos algo comparável a uma régua com subdivisões numeradas; somente temos que lidar, pode-se dizer, com réguas imaginárias nas três direções perpendiculares. Nesses sistemas de coordenadas o número que especifica a posição de um corpo ou de outro pode ser visto a todo momento. Este é o modo com o qual astrônomos e seus matemáticos assistentes têm sempre usado para lidar com o movimento dos corpos celestes. Em um determinado momento a posição de cada corpo é fixada por suas três coordenadas. Seestas são dadas, então sabe-se também as distâncias, bem como os ângulos formados pelas linhas que conectam os corpos, e o movimento de um planeta é conhecido assim que se saiba como suas coordenadas estão mudando de um instante para outro. Portanto, a imagem do fenômeno permanece como se desenhada sobre a tela do éter estacionário. A alteração de Einstein Uma vez que Einstein excluiu a presença do éter, não se tem essa tela, e com isso, à primeira vista, perde-se também a possibilidade de se determinar as posições dos corpos celestes e de se descrever matematicamente seu movimento – isto é, através de comparações entre as coordenadas que definem as posições a cada momento. O modo como Einstein superou essa dificuldade pode ser elucidado por uma simples ilustração. Na superfície da terra a atração gravitacional faz com que todos os corpos caiam em linha reta, e, quando omitimos a resistência do ar, com movimento igualmente acelerado; a velocidade aumenta a mesma quantidade em intervalos iguais de tempo com uma taxa que faz com que a velocidade alcançada no fim de um segundo seja 981 centímetros por segundo. O número 981 define a “aceleração no campo gravitacional”, e esse campo é totalmente caracterizado por esse único número; com seu auxílio podemos calcular o movimento de um objeto lançado em uma direção arbitrária. Para medir a aceleração deixamos um corpo sólido cair verticalmente ao longo de uma régua vertical presa firmemente ao solo; na escala medimos a cada momento a altura, a única coordenada importante nesse movimento retilíneo. Agora nos perguntamos, o que veríamos se a régua não estivesse fixa no solo, se ela, suponhamos, estivesse se movendo para baixo ou cima junto com sua base e conosco? Se a velocidade nesse caso fosse constante, então, de acordo com a teoria especial da relatividade, não haveria alteração alguma no movimento; encontraríamos uma aceleração de 981 para o corpo em queda. Seria diferente se a régua se movesse com velocidade variável. Se ela se mover para baixo com uma aceleração constante de 981 (centímetros por segundo), então um objeto poderia ficar permanentemente na mesma posição da escala, ou poderia mover-se para baixo ou para cima ao longo da escala com velocidade constante. O movimento relativo do corpo em relação à régua seria não acelerado, e se tivéssemos que julgar somente pelo que observássemos no local que estaria também se movendo para baixo, então teríamos a impressão que não haveria ação da gravidade. Se a régua estivesse se movimentando para baixo com uma aceleração igual à metade ou um terço do que estava antes, então o movimento relativo do corpo seria acelerado, mas encontraríamos um aumento de velocidade que seria a metade ou um terço de 981 (centímetros por segundo). Se, por fim, fizéssemos com que a régua se movesse para cima com um movimento uniformemente acelerado, então encontraríamos uma aceleração maior que 981 (centímetros por segundo) para o corpo. Portanto, vemos que é possível, também quando a régua não está presa à Terra, descontando seu deslocamento, descrever o movimento do corpo com relação à régua sempre da mesma forma – isto é, como um movimento uniformemente acelerado, atribuindo num caso ou noutro um valor fixo para a aceleração gravitacional3, em um caso particular o valor seria zero. Obviamente, no caso aqui em consideração, o uso de uma régua imóvel sobre a Terra seria digno de toda recomendação. Mas nos espaços do sistema solar, agora que abandonamos o éter, não temos tal suporte. Não é mais possível escolher um sistema de coordenadas, como o que acabamos de mencionar – em uma matéria intermediária universal – e se tivéssemos que chegar de uma forma ou de outra a um sistema de linhas cruzando entre si nas três direções, então poderíamos da mesma forma chegar em um sistema similar que estivesse se movendo em relação ao primeiro. Deveríamos também ser capazes de remodelar o sistema de coordenadas de todas as formas, por exemplo, através de dilatação ou compressão. É claro que em todos esses casos em que os corpos não participam do movimento ou da remodelagem do sistema outras coordenadas serão repetidamente lidas. Novo sistema de coordenadas O caminho que Einstein teve que seguir é agora evidente. Ele deve – isso quase não precisa ser dito – quando calcular casos particulares fazer uso de um sistema de coordenadas escolhido, mas ele não tem como limitar previamente a escolha e, de um modo geral, ele teria total liberdade de ação a esse respeito. Portanto, ele teve como objetivo ajustar a teoria de tal modo que, não importando a escolha que tenha sido feita, o fenômeno da gravidade, no que concerne a seus efeitos e ao estímulo à atração entre os corpos, sempre pudesse ser descrita da mesma forma – isto é, através de comparações de mesma forma geral, dando repetidamente os mesmos valores aos números que caracterizam a aceleração gravitacional. (Com o objetivo de simplificar, eu aqui desconsidero o fato de que Einstein queria também que o modo como o tempo é medido e representado por números não tivesse influência nas comparações.) Se esse objetivo poderia ser alcançado era uma questão de investigação matemática. O objetivo foi realmente alcançado, de maneira notável, e, podemos dizer, para surpresa inclusive de Einstein, entretanto, custou a simplicidade na forma matemática; para descrever o campo gravitacional em um ou outro ponto do espaço foi necessário nada menos que dez números ao invés de apenas um como no exemplo mencionado acima. Com relação a isso é importante notar que quando excluímos certas possibilidades que dariam origem a uma complexidade ainda maior, a forma de comparação usada por Einstein para apresentar sua teoria é a única possível; o princípio de liberdade de escolha do sistema de coordenadas era o único pelo qual ele poderia se permitir guiar. Embora não houvesse nenhum esforço particular para estabelecer uma conexão com a teoria de Newton, felizmente, ficou evidente no final da investigação que a conexão existia. Se nos aproveitarmos da circunstância simplificadora de que as velocidades dos corpos celestes são pequenas em comparação com a velocidade da luz, então podemos deduzir a teoria de Newton a partir da nova teoria, a Teoria “Universal” da Relatividade, como é chamada por Einstein. Portanto, todas as conclusões baseadas na teoria newtoniana permanecem válidas, como naturalmente é requerido. Mas devemos ir mais longe. A teoria newtoniana não pode mais ser considerada absolutamente correta em todos os casos; há pequenos desvios em relação a ela, os quais, embora como regra imperceptíveis, uma vez ou outra entram no campo do que é observável. Havia uma dificuldade no movimento do planeta mercúrio que não podia ser resolvida. Mesmo depois que todos os distúrbios provocados pela atração dos outros planetas eram levados em consideração permanecia ainda um fenômeno inexplicado – uma inclinação extremamente lenta da elipse descrita por mercúrio em sua órbita; Leverrier4 havia observado que a inclinação era de quarenta e três segundos5 por século. Einstein encontrou, de acordo com suas fórmulas, que a inclinação deveria ser realmente desse valor. Assim, com um único golpe, ele solucionou um dos grandes enigmas da astronomia. Ainda mais notável, porque teve por base um fenômeno que antes não se podia imaginar, foi a confirmação da previsão de Einstein da influência da gravidade sobre a trajetória dos raios de luz. Que essa influência deve existir pode ser visto por um simples exemplo; devemos somente nos imaginarmos a fazer nossasobservações. Foi mencionado que se estivermos em um compartimento que cai com a aceleração de 981 (centímetros por segundo) os fenômenos ocorreriam com se não houvesse gravidade. Poderíamos então ver um objeto A flutuando parado no espaço. Um projétil B poderia mover-se em linha reta com velocidade constante sem a menor variação. Um raio de luz pode fazer o mesmo; todos admitirão que em ambos os casos, senão gravidade, a luz se propagará em linha reta. Se limitarmos a luz a um pulso da menor duração, C, ou se fixarmos nossa atenção sobre uma única onda de luz, C, enquanto que por outro lado damos ao projétil B uma velocidade igual à da luz, então podemos concluir que B e C em seu movimento contínuo sempre estarão próximos um do outro. Agora, se observarmos isso, não do compartimento acelerado, mas sobre a superfície da Terra, então observaremos a natural queda do objeto A, o que nos mostra que devemos considerar a aceleração gravitacional. O projétil B se moverá em uma trajetória curva, desviando mais e mais da linha reta, e a luz fará o mesmo, porque o fato de observarmos os movimentos de outro ponto de vista não deve alterar a proximidade de B e C. Deflexão da luz A curvatura de um raio de luz assim descrita é muito pequena na superfície da Terra para ser observada. Mas a atração gravitacional exercida pelo sol sobre sua superfície é, devido à sua grande massa, mais de vinte e sete vezes maior, e um raio de luz que passe próximo à superfície do sol deve com certeza curvar-se visivelmente. Os raios de luz de uma estrela que são vistos a uma pequena distância da borda do sol serão, ao passar ao longo do sol, desviados tanto da direção original que atingirão os olhos de um observador como se estivessem vindo em uma linha reta de um ponto um pouco distante da posição real da estrela em relação ao sol. É nesse ponto que pensamos ver a estrela; há aqui um deslocamento aparente em relação ao sol, que aumenta na medida em que a estrela é observada mais próxima do sol. A teoria de Einstein nos ensina que o deslocamento é inversamente proporcional à distância aparente da estrela em relação ao centro do sol, e que para uma estrela junto à borda será de 1,75 segundos. Isto é aproximadamente a milésima parte do diâmetro aparente do sol. Naturalmente esse fenômeno só pode ser observado quando há um eclipse total do sol; então é possível tirar fotografias das estrelas vizinhas e comparando com fotografias da mesma parte do céu tiradas quando o sol está distante o esperado desvio torna-se evidente. Assim, testar a teoria de Einstein foi o principal objetivo das expedições inglesas enviadas para observar o eclipse de 29 de maio (1919), uma para a Ilha do Príncipe, no Golfo da Guiné, e a outra para Sobral, no Brasil. Os observadores da primeira expedição eram Eddington e Cottingham, da segunda, Crommelin e Davidson. As condições foram especialmente favoráveis, com um grande número de estrelas brilhantes sendo vistas nas chapas fotográficas; os observadores em Sobral foram particularmente afortunados com o bom tempo. O eclipse total durou cinco minutos, durante quatro minutos o céu estava perfeitamente sem nuvens, de modo que foi possível tirar boas fotografias. No relatório publicado com os resultados os seguintes valores – que são as médias de medidas feitas com sete chapas – são dados para os desvios de sete estrelas: 1’’,02; 0’’,92; 0’’,84; 0’’,58; 0’’,54; 0’’,36; 0’’,24; enquanto, de acordo com a teoria, os desvios deveriam ter sido: 0’’,88; 0’’,80; 0’’,75; 0’’,40; 0’’,52; 0’’,33; 0’’,20. Se considerarmos que, de acordo com a teoria, o desvio deve ser inversamente proporcional à distância do centro do sol, então podemos deduzir de cada desvio observado quão grande o desvio lateral de uma estrela na borda do sol deveria ser. O resultado mais provável, obtido a partir de todas as observações seria 1’’,98. Como o último desvio apresentado acima – de 0’’,24 – é em torno de um oitavo disso, podemos dizer que a influência da atração do sol sobre a luz fez-se sentir sobre um raio passando a uma distância oito vezes a distância da borda ao centro do sol. Os desvios calculados de acordo com a teoria são, exatamente pelo modo como são calculados, na proporção inversa da distância ao centro. Como os desvios observados também estão de acordo com a mesma regra, segue que eles são proporcionais aos desvios calculados. A proporção entre o primeiro e o último desvio lateral observados é de 4,2; e a proporção dos dois extremos calculados é de 4,4. Este resultado é importante, porque exclui ou torna extremamente improvável a teoria de que o fenômeno de refração ocorra devido a um anel de vapor a uma certa distância em torno do sol. De fato, esta refração poderia causar os desvios de direção observados, e uma proximidade do anel de vapor seria suficiente para produzir o desvio de uma das estrelas sob observação, mas temos todas as razões para esperar que se fosse apenas uma questão de uma massa de gás em torno do sol o efeito diminuiria muito mais rapidamente do que o observado. Não podemos falar ainda com toda a certeza, pois todos os fatores que poderiam influenciar na distribuição de densidade da atmosfera solar não são ainda suficientemente conhecidos, mas podemos certamente demonstrar que no caso de um dos gases com o qual estamos familiarizados, se mantido em equilíbrio somente pela influência da atração do sol, o fenômeno deveria diminuir assim que nos afastássemos um pouco da borda do sol. Se o desvio da primeira estrela – que é de 1,02 segundos – fosse atribuído a essa massa de gás, então o desvio da segunda estrela deveria ser completamente desprezível. No que diz respeito à magnitude dos desvios observados, estes foram um pouco grandes, como pode ser visto pelos valores dados acima; isso também aparece no resultado final de 1,98 na borda do sol – ou seja, treze por cento maior que o resultado teórico de 1,75. De fato, parece que essas discrepâncias podem ser atribuídas a falhas nas observações, suposição esta suportada pelo fato de as observações da Ilha do Príncipe, as quais, é verdade, não foram tão boas como as mencionadas acima, terem dado como resultado o valor de 1,64, um pouco abaixo do valor previsto por Einstein. (Observações feitas com um segundo instrumento em Sobral deram o resultado de 0,93; entretanto, os observadores são de opinião que isso ocorreu devido a uma mudança na posição do espelho que refletia os raios e o resultado deve ser descartado) Dificuldade exagerada Durante a discussão dos resultados obtidos, em uma reunião conjunta da Royal Society e da Royal Astronomical Society feita especialmente com esse propósito recentemente em Londres, a opinião geral foi de que as previsões de Einstein podem ser consideradas corretas, e calorosas homenagens a sua genialidade foram feitas de todos os lados. Não obstante, enquanto menciono isso, não posso me abster de expressar minha surpresa de que, de acordo com o artigo do The Times, deve haver muitas queixas da dificuldade de se compreender a nova teoria. É verdade que o pequeno livro de Einstein “Sobre a Teoria Especial e Geral da Relatividade em Termos Leigos” não encontrou seu caminho até a Inglaterra durante a guerra. Qualquer um lendo-o chegará, em minha opinião, a conclusão de que as ideias básicas da teoria são simples e claras; é de lamentar apenas que é impossível se evitar vesti-las em termos matemáticos bastante intricados, mas não devemos nos preocupar com isso. Permito-me acrescentar que, enquantoseguimos Einstein, devemos reter muito do que havia sido anteriormente obtido. A teoria newtoniana mantém seu valor integral como o primeiro grande passo, sem o qual não podemos imaginar o desenvolvimento da astronomia e sem o qual o segundo passo, que agora foi dado, dificilmente seria possível. Ela permanece, sobretudo, como a primeira e, na maioria dos casos, suficiente, aproximação. É verdade que, de acordo com a teoria de Einstein, porque ela nos deixa livres para representarmos o fenômeno na forma que quisermos, podemos imaginar um sistema solar no qual os planetas seguem trajetórias peculiares e os raios de luz brilham em curvas fechadas – pense em um planetário distorcido –, mas nos casos em que aplicamos a teoria em questões concretas devemos ajustá-la de modo que os planetas descrevam elipses quase exatas e os raios de luz sigam linhas quase retas. Não é necessário desistir nem mesmo do éter. Muitos filósofos da natureza encontram satisfação na ideia de uma substância material intermediária na qual as vibrações da luz ocorrem, e eles provavelmente estarão mais inclinados a imaginar tal meio quando descobrirem que, de acordo com a teoria de Einstein, até mesmo a gravidade não se espalha instantaneamente, mas com uma velocidade que em uma primeira estimativa é comparável à da luz. Especialmente alguns anos atrás tais interpretações eram usuais e repetidas tentativas foram feitas de se especular sobre a natureza do éter e sobre as mudanças e movimentos que nele poderiam ocorrer para se chegar a um entendimento claro do fenômeno eletromagnético, e também do funcionamento da gravidade. Na minha opinião não é impossível que no futuro esta trilha, de fato abandonada no presente, seja mais uma vez trilhada com bons resultados, senão por outros motivos porque pode levar a elaboração de novos testes experimentais. A teoria de Einstein não nos impede de fazê-lo; apenas as ideias sobre o éter devem estar de acordo. Todavia, mesmo sem a cor e a clareza que as teorias do éter e outros modelos possam nos dar, e mesmo, podemos sentir dessa forma, devido à sobriedade que sua ausência induz, o trabalho de Einstein, podemos agora positivamente esperar, persistirá como um monumento da ciência; sua teoria cumpre inteiramente a primeira e principal demanda que podemos fazer, de deduzir de certos princípios o curso dos fenômenos de forma exata e nos menores detalhes. É uma sorte que ele mesmo tenha posto o éter em segundo plano; se ele não o tivesse feito, provavelmente nunca teria tido a ideia que fundamentou sua pesquisa. Graças aos seus incansáveis esforços e perseverança, pois ele teve que superar grandes dificuldades em suas tentativas, Einstein obteve os resultados, que eu tentei aqui esboçar, ainda jovem; ele tem atualmente quarenta e cinco anos. Ele completou suas primeiras investigações na Suíça, onde ele primeiro trabalhou no Escritório de Patentes em Berna e depois como professor na Escola Politécnica de Zurique. Depois de um pequeno período como professor na Universidade de Praga, ele se estabeleceu em Berlin, onde o Instituto Kaiser Wilhelm permitiu que ele se dedicasse exclusivamente ao seu trabalho científico. Ele visitou repetidamente nosso país e fez dos seus colegas holandeses, entre os quais ele tem muitos bons amigos, parceiros em seus estudos e seus resultados. Ele atendeu ao último encontro do departamento de filosofia natural da Academia Real de Ciências, e os membros lá tiveram o privilégio de ouvi-lo explicar, de modo fascinante, simples e claro, suas interpretações das questões fundamentais que surgiram de sua teoria. Notas de rodapé 1 Também chamado de éter luminífero, seria a substância que preencheria o espaço. (Nota do tradutor) 2 Obviamente, o mais correto seria inversamente proporcional. (N. T.) 3 O termo exato usado por Lorentz é “sphere of gravitation”. Preferimos usar o termo “aceleração gravitacional” por ser mais usual. (N.T.) 4 Urbain Jean Joseph Le Verrier – matemático e astrônomo francês do século XIX. (N.T.) 5 Segundos aqui é uma medida da inclinação. Um segundo corresponde a 1/3600 de um grau. (N.T.) 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