O tempo passa mais devagar para quem viaja mais rápido
Quanto mais rápido se desloca no espaço, mais lentamente o tempo passa, em relação a um referencial “parado”. Mas este efeito é melhor percebido quando se viaja próximo à velocidade da luz(WOEHLER, 2009). Na Terra, temos uma percepção bem tímida desse fenômeno, mas ele também existe e já foi verificado através de vários experimentos!
Por exemplo, em 1971, o físico Joseph Hafele e o astrônomo Richard Keating realizaram um experimento com 2 relógios atômicos sincronizados, estando um a bordo de um avião, e outro na superfície terrestre(HAFELE, 1972). Foi demonstrado que o tempo, para quem está na aeronave, passa mais devagar do que para quem está no solo. Este experimento já foi repetido diversas vezes, e essa dilatação temporal é sempre comprovada.
Imagem: Autor desconhecido em Wikipedia
Outro exemplo são os múons, partículas formadas a partir da colisão de outras partículas maiores em nossa atmosfera (como prótons, por exemplo). Os múons se formam nessa colisão a cerca de 15 km de altitude, viajam a 299,73 km/s (99,9998% da velocidade da luz), e duram apenas 2,2 μs (2,2 micro segundos). O que faz dos múons tão interessantes, é que, para percorrer esse trajeto de 15 km a 299,73 km/s, eles levariam, aproximadamente, 50 μs. Mas, como isso é possível, se eles se sustentam por apenas 2,2 μs? Como eles viajam muito próximos à velocidade da luz, estão sujeitos a efeitos relativísticos de dilatação temporal. Nesse caso, o tempo para eles passa mais devagar, e o espaço percorrido é menor. Esses 2,2 μs que eles percebem durante a viagem são equivalentes a 110 μs para alguém parado na superfície terrestre(FAUTH, 2007).
Imagem: Martin Jernberg em Unsplash
O tempo passa mais devagar para quem orbita regiões de gravidade mais intensa
Este efeito é (seria) melhor percebidos quando se está próximo a corpos supermassivos, como estrelas de nêutrons e buracos negros. Contudo, na Terra, com a atual tecnologia de relógios atômicos ópticos, este fenômeno também passou a ser percebido, mas em uma escala bem menor.
Recentemente, o pesquisador Chou(2010) e sua equipe, demonstraram, através de um experimento, que fenômenos relativísticos gravitacionais também podem ser percebidos na superfície terrestre. Eles posicionaram relógios atômicos extremamente precisos em diversas alturas, e, mesmo com diferenças relativamente pequenas entre essas alturas (menos de 1 m), pôde-se perceber alterações relativísticas (o relógio mais alto andava mais rápido).
Imagem: Ciência Mundo
O tempo é relativo à soma dos efeitos relativísticos da gravidade e da velocidade ao mesmo tempo
No mundo real, as coisas não são tão fáceis, como se imaginava na física newtoniana. A todo momento estamos sofrendo influência tanto da gravidade, quanto de uma possível velocidade de deslocamento. Assim, temos que considerar o tempo como sendo relativo à soma dos efeitos relativísticos da gravidade e da velocidade ao mesmo tempo. E acredite, já começamos a lidar com isso no nosso mundo moderno.
Por exemplo, a estação espacial internacional (ISS), encontra-se na baixa órbita terrestre, a uma altitude de 400 km, e percorre o globo a uma velocidade de 27.700 km/h, completando 15,7 voltas em nosso planeta, diariamente. Em termos astronáuticos, como ela está em uma altitude muito baixa, deve viajar bem rápido para compensar a gravidade que ainda é significativa, e não cair na superfície da Terra. Como os efeitos da diferença gravitacional são menores que os efeitos da velocidade, o tempo para os astronautas na estação passa mais lentamente do que para nós aqui na terra(CHKITMACHER, 2006).
Em outro exemplo, com efeito oposto, os satélites do sistema de posicionamento global (GPS), se encontram na alta órbita, a uma distância de 20.200 km da superfície terrestre, a uma velocidade orbital de 14.400 km/h, completando 2 voltas, por dia, em nosso planeta. Como os efeitos da velocidade são menores que os efeitos da diferença gravitacional, o tempo no interior dos satélites GPS passa mais rápido do que para nós aqui na terra. Sendo este um dispositivo que depende de precisão temporal para funcionar corretamente, seus relógios são constantemente atualizados(ALVES, 2006).
Imagem: Ciência Mundo
Como podemos ver, o tempo para um corpo viajando na órbita terrestre pode estar andando mais rápido ou mais devagar do que para nós na superfície. Não se pode observar, isoladamente, a velocidade de deslocamento ou a distância de um corpo em relação à superfície terrestre, para se inferir como o tempo passa para esse corpo. As duas variáveis devem ser consideradas ao mesmo tempo. Tudo vai depender da soma relativística.
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Referências
ALVES, Sérgio. A matemática do GPS. Revista do professor de matemática, v. 59, p. 17-26, 2006.
CHKITMACHER, Gary H. Reference guide to the international space station. 2006.
CHOU, Chin-Wen et al. Optical clocks and relativity. Science, v. 329, n. 5999, p. 1630-1633, 2010.
FAUTH, A. C. et al. Demonstração experimental da dilatação do tempo e da contração do espaço dos múons da radiação cósmica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, p. 585-591, 2007.
GREENE, Brian. O universo elegante: supercordas, dimensões ocultas e a busca da teoria definitiva. Companhia das Letras, São Paulo, 2001.
HAFELE, Joseph Carl; KEATING, Richard E. Around-the-world atomic clocks: Observed relativistic time gains. Science, v. 177, n. 4044, p. 168-170, 1972.
WOEHLER, Kai. The Search for the Meaning of Space, Time, and Matter: Images of Many Travels. Xlibris Corporation, 2009.
Cite-nos
SANTOS, Gabriel. Os efeitos relativísticos que já fazem parte de nossas vidas. Ciência Mundo, Rio de Janeiro, mar. 2021. Disponível em: . Acesso em: .
Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.
