O Espaço, o Tempo e o Espaço-Tempo: Parte 3

O Espaço-Tempo

A Física moderna, inaugurada com os trabalhos geniais de Einstein, veio mostrar-nos que nossos conceitos clássicos de espaço e tempo estavam equivocados. Da mesma forma que as três dimensões do espaço (largura, profundidade e altura) são convenções puramente subjetivas – não podemos separá-las, estão interligadas –, também não podemos separar o espaço do tempo. Espaço e tempo estão interligados. Não existe nada no espaço que também não tenha existência no tempo; e nada pode ter ocorrido no tempo que não tenha sido em algum lugar no espaço.

Embora não seja uma prova definitiva (nem válida) de que espaço e tempo estão interligados, gostaríamos de submeter à apreciação do leitor esta curiosa afirmação: "não é raro quantificar espaço em termos de quantificação de tempo".

Considere a seguinte situação: alguém pára seu carro num posto de gasolina na estrada e pergunta ao frentista: "A que distância está tal lugar?" Pode receber a seguinte resposta: "Está a cinco minutos daqui". O frentista quantificou uma distância em termos de tempo!

Como pode alguém dar uma resposta como essa? O indivíduo pergunta por uma distância e obtém como resposta um tempo? O que está inconscientemente implícito que permite substituir a noção de espaço pela de tempo?

O elemento que estabelece essa interconexão entre espaço e tempo, é uma velocidade. Se a mesma pessoa estivesse a pé, a resposta seria diferente!

Naqueles usualmente chamados "efeitos relativistas", as velocidades desempenham um papel central. Se duas pessoas estiverem viajando num avião e decidirem medir o tamanho de um objeto, com uma mesma trena, por exemplo, vão encontrar o mesmo resultado (assumindo-se que ambas sejam cuidadosas). Por outro lado, uma pessoa no solo que pudesse medir, do lugar em que está, o mesmo objeto dentro do avião, encontraria um resultado diferente, um tamanho menor. Por quê?

Ensina-nos a Teoria da Relatividade de Einstein que essa "discrepância" é devida ao fato de que as pessoas no avião e o objeto medido estão parados com respeito uns aos outros (velocidade zero dentro do avião), mas o objeto se locomove com a velocidade do avião com respeito àquela que está no solo. Então, ao objeto estão associados dois comprimentos, cada um relativo a quem fez a medida. Daí a nossa afirmação anterior de que a medição de um comprimento (ou distância) depende da pessoa que a faz, se o objeto medido está parado ou em movimento com relação a quem o mede.

Efeito relativista análogo ocorre com o tempo. A medida da duração de um vôo resulta menor para quem voou do que para quem ficou no solo. É bastante conhecido o chamado "paradoxo dos gêmeos" relacionados com esse efeito. Uma pessoa jovem parte para uma longa viagem sideral numa nave a altíssima velocidade e deixa seu irmão gêmeo na Terra. Quando regressa após um ano, encontra seu irmão bastante envelhecido. O tempo "andou" mais devagar para o viajante. Para quem ficou na Terra, o tempo do viajante tarda muito mais para passar. O viajante demora mais tempo para envelhecer. [Em compensação, a broca do dentista fica mais tempo zunindo nos ouvidos do viajante (sempre com respeito àquele que aqui ficou)!]

Devemos aclarar que, ao contrário do que muita gente pensa, o "paradoxo dos gêmeos" nada tem a ver com o fato de que um irmão ficou mais velho do que o outro. O paradoxo está em que, de um outro ponto de vista, seria o gêmeo que viajou que teria envelhecido! É uma questão de simetria, mais um assunto que não vamos discutir neste já longo artigo.

A "dilatação" do tempo é um fato já demonstrado experimentalmente. Se não a percebemos no cotidiano é porque as velocidades (seja mesmo num avião supersônico) são pequenas. O efeito torna-se perceptível apenas quando a velocidade atinge uma fração significativa da velocidade da luz no vácuo, ou seja, se aproxima dos famosos 300 mil quilômetros por segundo.

Como o efeito é imperceptível, somente quando os cientistas se dedicaram especificamente a observá-lo é que foi possível detectá-lo.

O fenômeno de dilatação-contração é inerente ao espaço-tempo, estrutura também conhecida como contínuo espaço-tempo. Espaço e tempo são uma coisa só, inseparáveis, uma estrutura de quatro dimensões: três do tipo espaço (as dimensões espaciais) e uma do tipo tempo (a dimensão temporal).

Como foi dito acima, o que existe no espaço deve existir também no tempo e nada ocorre no tempo que não tenha sido em algum lugar. Essa constatação leva à definição de um evento, isto é, um acontecimento que deve ser descrito simultaneamente no espaço e no tempo. Por exemplo: João encontrou-se com Pedro. Esta informação somente será completamente entendida quando for especificado em que lugar (três dimensões espaciais) e quando (dimensão temporal) os dois se encontraram.

A dilatação do tempo também ocorre em regiões de imensas forças gravitacionais, nas vizinhanças de um buraco negro, por exemplo. Este é um descobrimento de outra teoria desenvolvida por Einstein: a Teoria da Relatividade Geral, ou mais apropriadamente, sua Teoria da Gravitação. Não vamos nos estender nessa direção, mas , não custa dizer que a curvatura do espaço-tempo é devida à presença de massas. Onde não há massas, o espaço-tempo é plano.

Finalmente, a curvatura do espaço-tempo foi confirmada medindo-se a curvatura que a luz faz quando passa por uma região próxima a um corpo de enorme massa (lembremo-nos de que é a presença de massas que encurva o espaço-tempo). A experiência foi montada no Brasil por ocasião de um eclipse solar. Ela comprovou a Teoria da Gravitação (ou Teoria da Relatividade Geral) de Einstein.

Na época foi enviado um telegrama a Einstein informando-o do resultado positivo, e um repórter lhe perguntou: "Como o senhor se sentiria se a experiência não tivesse confirmado a previsão de sua teoria?" Ao que ele respondeu, brincando: "Teria pena do nosso bom Deus, porque minha teoria está correta."