O universo elegante

O espaço, o tempo e o observador

O dilema do espaço, do tempo e dos quanta 

Em junho de 1905, Albert Einstein, com 26 anos de idade, apresentou um

artigo técnico aos Anais da Física, no qual ele se confrontou com um paradoxo a

respeito da luz que o fascinava desde a adolescência. Ao terminar de ler a última

página do manuscrito de Einstein, o editor do periódico, Max Planck, percebeu que a

ordem estabelecida e aceita pela ciência havia sidodestruída. Sem nenhum alarde,

um funcionário do departamento de patentes de Berna, Suíça, tinha virado de

cabeça para baixo as noções tradicionais de espaço e tempo, substituindo-as por

um novo conceito cujas propriedades divergiam de tudo o que a nossa experiência

comum ensinava ser certo.

O paradoxo que perturbou Einstein por dez anos era o seguinte. Em meados

do século XIX, depois de estudar atentamente o trabalho experimental do físico

inglês Michael Faraday, o físico escocês James Clerk Maxwell conseguiu unificar a

eletricidade e o magnetismo por meio do campo eletromagnético. Se você já esteve

no alto de uma montanha logo antes de uma trovoada forte, ou seja ficou perto de

um gerador de Van de Graaf, sabe bem o que é um campo eletromagnético porque

já sentiu os seus efeitos. Mas se ainda não passou por isso, posso descrevê-lo

como algo semelhante a uma maré montante de linhas de força elétricas e

magnéticas que permeiam a região do espaço por ondepassam. Se você salpicar

fragmentos de ferro perto de um imã, por exemplo, aforma ordenada em que eles

se distribuem mostra-nos algumas das linhas invisíveis da força magnética. Quando

você tira o suéter de lã em um dia seco e ouve estalos, ou talvez sinta até um

pequeno choque elétrico, está testemunhando a existência de linhas de força

elétricas, geradas por cargas elétricas acumuladas nas fibras do suéter.

Além de unir esse e todos os demais fenômenos elétricos e magnéticos em

um esquema matemático único, a teoria de Maxwell demonstrou —

inesperadamente — que os distúrbios eletromagnéticos viajam a uma velocidade

constante e imutável, igual à velocidade da luz. A partir daí, Maxwell concebeu a

idéia de que a própria luz é um tipo específico de onda eletromagnética, uma onda,

como hoje se sabe, capaz de interagir com elementosquímicos na retina e produzir

o sentido da visão. Além disso (e isto é crucial), a teoria de Maxwell revelou também

que todas as ondas eletromagnéticas — inclusive a luz visível — são o protótipo do

viajante peripatético: nunca param. Nunca desaceleram. A luz viaja sempre à

velocidade da luz.

Tudo vai muito bem até fazermos, como fez Einstein aos dezesseis anos, a

pergunta: que acontece se sairmos perseguindo um raio de luz à velocidade da luz?

O raciocínio intuitivo, que está na base das leis de movimento de Newton, nos diz

que ficaremos emparelhados com as ondas de luz e que elas, portanto, nos

parecerão estacionárias; a luz fica parada. Mas de acordo com a teoria de Maxwell e

com todas as observações confiáveis, luz estacionária é algo que simplesmente não

existe: ninguém jamais pôde colher um punhado de luz estacionária na palma da

mão. Aí está o problema. Felizmente Einstein não sabia que muitos dos principais

físicos do mundo estavam a braços com essa questão (e andando por vários

caminhos espúrios) e pôde refletir sobre o paradoxode Maxwell e Newton na pura

privacidade dos seus próprios pensamentos.

Neste capítulo discutiremos como Einstein resolveu o conflito por meio da

teoria da relatividade especial, e com isso mudou para sempre as nossas noções de

espaço e tempo. Em certo sentido, é surpreendente que a preocupação essencial da

relatividade especial seja a de entender precisamente como o mundo se mostra aos

indivíduos, comumente chamados "observadores", que se movem uns com relação

aos outros. À primeira vista isso pode parecer um exercício intelectual de

importância mínima. Muito pelo contrário: nas mãos de Einstein, com a sua fantasia

de observadores que perseguem raios de luz, revelaram-se implicações profundas

para que possamos compreender como até mesmo as situações mais corriqueiras

são vistas por diferentes indivíduos em estado de movimento relativo.