A relatividade geral é uma teoria da gravidade. Na verdade, é a teoria da gravidade. Nos cem anos desde a sua descoberta, não encontrámos nada melhor para substituí-lo. É a teoria que explica porque é que as maçãs caem das árvores e porque estamos todos presos à Terra. Mas realmente se torna quando pensamos em grande. Isso explica porque é que a Lua orbita a Terra, porque é que a Terra orbita o Sol e porque é que o Sol é uma entre 100 bilhões de estrelas que orbita um enorme buraco negro que se situa no centro da nossa galáxia Via Láctea. É a teoria que governa a dinâmica do cosmos nas maiores escalas imagináveis.
Einstein descobriu a relatividade geral em 1915 quando tinha 36 anos. Ele ainda não tinha o status de celebridade que teria depois, mas nos círculos científicos ele já era uma estrela. Tinha acabado de ser contratado para Berlim onde ocupou o cargo mais prestigiado da Europa, era o membro mais jovem da Academia Prussiana de Ciências, tinha feito muitas contribuições importantes para a ciência. Mas a sua teoria geral da relatividade seria de longe a sua maior conquista. Continua a ser uma das maiores conquistas na história da ciência.
Física no escritório de patentes
As sementes para a teoria da gravidade de Einstein foram semeadas em 1905. Acho justo dizer que Einstein era um jovem arrogante naquela época. Ele não tinha um cargo numa universidade, ele nem sequer tinha um doutorado. A principal razão foi que ele conseguiu irritar todos os cientistas que conheceu, geralmente com alguma combinação de arrogância, preguiça e grosseria. Então, em 1905 ele estava a trabalhar como funcionário público na Suíça, no degrau mais baixo da escada como secretário júnior de patentes em Berna. O bom desse trabalho era que era fácil. Deixou Einstein com muito tempo livre para pensar sobre ciência. Naquele ano Einstein escreveu quatro artigos. Um destes foi simplesmente um trabalho muito bom e finalmente lhe ganhou um doutoramento, mas os outros três revolucionaram uma área da ciência.
Um destes trabalhos foi sobre a teoria especial da relatividade. Relatividade especial é de onde vem a famosa equação $E=mc^2$. A ideia central da teoria é que existe um limite de velocidade no nosso Universo. As leis da física conspiram para que nada possa viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Einstein foi levado a esta ideia ao pensar nas leis recém-descobertas do eletromagnetismo e fazendo perguntas como "como seria um feixe de luz se estivesses a correr ao lado dele? ". Não percebemos este limite de velocidade do Universo no nosso dia a dia porque a velocidade da luz é muito rápida: cerca de 700 milhões de milhas por hora.
Explodindo o sol
A relatividade especial colocou Einstein em conflito com uma teoria que foi então considerada o alicerce da ciência: a teoria da gravidade de Isaac Newton que já existia há quase 250 anos (você pode descobrir mais sobre ela aqui).
Einstein perguntou-se o que aconteceria se o Sol explodisse subitamente. Uma vez que o Sol está tão longe que demora oito minutos de luz para viajar para a Terra, não saberíamos sobre a explosão imediatamente. Por oito minutos gloriosos estaríamos completamente alheios à coisa terrível que estava prestes a acontecer.
Mas e a gravidade? A Terra move-se numa elipse ao redor do Sol, devido à gravidade do Sol. Se o Sol não estivesse lá, ele iria sair em linha reta. O quebra-cabeças de Einstein era quando isso aconteceria: imediatamente, ou após oito minutos?
De acordo com a teoria de Newton, a Terra deveria saber imediatamente que o Sol tinha desaparecido. Mas Einstein disse que isso não podia estar certo. Porque, segundo ele, nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz — nem mesmo os efeitos da gravidade.
Caso não seja óbvio, devo salientar que Einstein não era um homem pragmático. O Sol explode e tudo o que ele se preocupa é se a Terra viaja em círculo ou em linha reta. Mas era assim que ele fez ciência. Ele cozinhava estes cenários na sua cabeça e levava-os até ao limite. Ele tentava encontrar alguma contradição e quando havia algo que não fazia sentido, era nisso que ele se focava.
Oito anos de pensamento
Primeiro Einstein pensou que podia resolver o problema mexendo nas equações de Newton, construindo num atraso de tempo, mas isto não funcionou. Em 1907 Einstein começou a pensar mais profundamente sobre a gravidade, voltando ao básico. Demorou oito anos a chegar à resposta final e, durante a maior parte deste tempo, ele foi a única pessoa no mundo que se importava com o problema. Este foi um tempo emocionante na física: os básicos da estrutura atômica estavam a ser descobertos e foram os primeiros dias da mecânica quântica. Einstein estava na vanguarda de todos estes desenvolvimentos, mas o que ele realmente se importava era se a Terra continua a mover-se em torno do Sol depois de explodir.
Einstein pensou pela primeira vez que o tinha decifrado em 1913 quando inventou o que chamou de "esboço" da teoria. Ele percebeu que não era perfeito, mas achou que estava basicamente certo e só precisava de um pouco de polimento. Durante dois anos ele tentou consertá-lo, mas de alguma forma ele simplesmente não conseguiu fazê-lo — as dúvidas irritantes começaram a surgir. As coisas vieram à cabeça no verão de 1915, quando ele foi à cidade alemã de Gotinga para dar uma série de palestras sobre a sua teoria. Em Gotinga, havia um tipo chamado David Hilbert, que foi reconhecido como o maior matemático vivo naquela época. Einstein passou uma semana lá e Hilbert interessou-se muito pelo que tinha a dizer.
Quando Einstein regressou a Berlim duas coisas aconteceram. Primeiro, ele percebeu que sua teoria era lixo. As ideias básicas estavam certas, mas toda a estrutura que ele construiu estava errada. Em segundo lugar, ele recebeu uma carta de Hilbert dizendo "Bem, eu realmente gostei das suas palestras, mas não tenho a certeza se está certo. Então eu decidi trabalhar nisso eu mesmo." Depois de oito anos a trabalhar no seu próprio Einstein de repente teve concorrência do melhor matemático do mundo.
Einstein ficou deprimido no início, mas depois apertou o cinto e focou tudo no seu problema. Trabalhou meses, às vezes esquecendo-se de comer ou dormir. Eventualmente, chegou a novembro de 1915. Einstein deveria dar uma série de quatro palestras — uma por semana — sobre relatividade geral na Academia Prussiana de Ciências, a todos os cientistas mais brilhantes em Berlim. Ele concordou em fazer isto quando ainda pensava que sabia do que estava a falar. Mas agora ele não tinha uma teoria. Ele conseguiu reunir material suficiente para dar a primeira palestra, mas a partir daí, ele estava trabalhando em tempo real. Durante a semana, ele passou o seu tempo a tentar resolver o problema com o qual lutou durante oito anos. No final de cada semana ele levantou-se e deu uma palestra sobre o que tinha acabado de descobrir. Entretanto, Hilbert estava a respirar em cima do seu pescoço, enviando-lhe cartas que mostravam que ele também estava mais ou menos no caminho certo.
Finalmente, na semana antes da sua última palestra, Einstein resolveu. No final da semana, levantou-se na Academia Prussiana e anunciou ao mundo a teoria geral da relatividade que tinha descoberto dias antes.
https://plus.maths.org/content/einstein-relativity
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