Fenômenos da Física

Deixe cair uma bola. Ela cai. Olhe para um relógio. O tempo passa. Acenda uma lâmpada. A luz enche a sala. Estes são factos tão quotidianos que nunca paramos para pensar neles.

No entanto, a gravidade, o tempo e a luz constituem os maiores mistérios do cosmos. Regem desde a órbita dos planetas até à nossa própria existência e, quanto mais os estudamos, mais estranhos parecem.

Analisemo-los com simplicidade: sem equações matemáticas indecifráveis nem termos técnicos complexos. Conheçamos a verdadeira história por trás da física que define o seu dia a dia.

Gravidade: a força invisível

A gravidade está em todo o lado: mantém-no preso ao chão, retém a Terra a orbitar em redor do Sol e mantém unidas galáxias inteiras. Mas, curiosamente, ninguém sabe ao certo o que é essencialmente.

O grande acerto de Newton

Isaac Newton lançou as bases no século XVII ao deduzir que a gravidade é uma força de atração mútua entre massas: quanto maior a massa, maior a atração; quanto maior a distância, menor a força.

As suas fórmulas continuam vigentes hoje para traçar órbitas satelitais e lançar naves, mas o próprio Newton admitia que faltava uma peça: definiu-a como uma "força oculta" capaz de agir à distância sem um mecanismo físico visível.

A revolução de Einstein

Albert Einstein redefiniu o conceito ao postular que a gravidade não é uma força de atração, mas sim uma consequência da deformação da própria geometria do espaço-tempo.

Imagine uma lona elástica com uma bola pesada no centro que a afunda. Se lançar uma berlinde perto, não é que a bola pesada a "atraia", mas sim que a berlinde segue a curvatura da lona. Essa curvatura é a gravidade segundo a Relatividade Geral.

• Os corpos massivos curvam o tecido do espaço-tempo.
• Os planetas orbitam seguindo a trajetória mais natural através dessas curvas.
• As ondas gravitacionais (ondulações no espaço-tempo) foram detetadas em 2015.
• Os buracos negros curvam o espaço de forma infinita.

O que continua a ser um mistério

A teoria geral da relatividade funciona brilhantemente a grande escala (estrelas, galáxias), mas desmorona-se por completo ao aplicá-la ao mundo atómico e quântico.

Os físicos procuram a "teoria do tudo" para unificar a gravidade com a mecânica quântica. Enquanto as outras forças fundamentais têm partículas portadoras identificadas, o "gravitão" (a hipotética partícula da gravidade) continua sem ser encontrado.

Tempo: a quarta dimensão

O tempo parece decorrer de forma linear e constante. No entanto, a física demonstra que a sua natureza é extremamente elástica.

O tempo é relativo

Einstein demonstrou que o tempo não passa de igual modo para todos: varia em função da velocidade do observador e da intensidade do campo gravitacional em que se encontra (dilatação temporal).

• A velocidade abranda o tempo: Se viajar a velocidades próximas da da luz, o tempo passará mais devagar para si em comparação com quem ficou na Terra.
• A gravidade abranda o tempo: Um relógio situado ao nível do solo marcha mais lento do que um num satélite (desfasamento que os sistemas GPS devem corrigir a cada dia).

Um exemplo assombroso: se viajasse numa nave a 99% da velocidade da luz durante um ano da sua vida, ao regressar à Terra teriam decorrido décadas. É física pura.

Por que razão o tempo só avança?

As equações da física funcionam de igual modo para a frente e para trás. No entanto, na realidade o tempo tem um sentido único: a "seta do tempo".

Os cientistas associam esta direcionalidade à entropia (a medida do desorganização do universo): os sistemas isolados tendem naturalmente para o caos. Um ovo partido não se recompõe de forma espontânea; por isso, o tempo não retrocede.

Luz: o limite de velocidade cósmico

A luz é o fenómeno mais veloz do universo e a chave de abóbada da estrutura do espaço-tempo.

Um limite intransponível

Nada no universo pode viajar mais rápido do que a luz no vácuo: 299.792 quilómetros por segundo (suficiente para dar a volta ao equador terrestre mais de sete vezes num segundo).

Além disso, a sua velocidade é absoluta e constante para qualquer observador, independentemente da velocidade a que se mova a fonte de luz ou de quem a meça, princípio que sustenta a Relatividade Especial.

Dualidade onda-partícula

A luz comporta-se como uma onda (difrata-se e gera interferências) e, por sua vez, como uma corrente de corpúsculos energéticos chamados fotões. Depende da experiência desenhada para a observar.

• Natureza ondulatória: Permite a refração, difração e interferências.
• Natureza corpuscular: É formada por pacotes elementares de energia chamados fotões.

O que ocorreria à velocidade da luz?

Se um objeto com massa atingisse a velocidade da luz, a sua massa tornar-se-ia infinita e exigiria uma energia infinita para se propulsar, pelo que se torna fisicamente impossível para a matéria.

A ligação íntima

Gravedade, tempo e luz estão indissociavelmente unidos. A gravidade das estrelas desvia a trajetória da luz (lente gravitacional) e abranda o passar do tempo. E quando olhamos para o céu noturno, contemplamos a luz que partiu de estrelas distantes há milhões de anos: estamos a ver, literalmente, o passado.

Tabela de fenómenos da física

Perguntas frequentes sobre física

A realidade supera a ficção

A gravidade deforma o espaço, o tempo abranda com a velocidade e a luz age simultaneamente como onda e partícula. Não são conceitos abstratos de ficção científica: são factos empíricos demonstrados mediante a experimentação.

A cada segundo experimenta a gravidade, desloca-se através do tempo e percebe a luz. A partir de hoje, sabe que nada disto é ordinário.

Mantenha viva a curiosidade, continue a fazer perguntas. A estrutura profunda do universo é infinitamente mais assombrosa do que podemos chegar a imaginar.