Teoria da relatividade é tornada visível e comprova efeito óptico

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2025

Objetos r?pidos parecem estar girando

A teoria da relatividade de Einstein tem passado por todos os testes nestes quase 120 anos desde que foi formulada. Por exemplo, quando um objeto se move extremamente r?pido, pr?ximo ? velocidade da luz, o objeto ent?o tem um comprimento diferente de quando est? em repouso, e o tempo passa de forma diferente para o objeto do que para quem est? parado observando-o. Tudo isso tem sido repetidamente confirmado em experimentos.

Mas ainda faltava demonstrar um efeito muito interessante, previsto por f?sicos te?ricos. Em 1959, Nelson James Terrell [1923-2009] e Roger Penrose [1931-], este ?ltimo ganhador do Nobel de F?sica em 2020 por sua teoria sobre buracos negros, conclu?ram independentemente que objetos movendo-se em velocidades pr?ximas ? da luz devem parecer rotacionados para um observador.

E este fen?meno, conhecido como efeito Terrel-Penrose, acaba de ser demonstrado experimentalmente por Dominik Hornof e colegas das universidades de Viena e T?cnica de Viena, na ?ustria.

Mas por que demorou tanto? Porque n?o ? um experimento simples de se fazer. Como n?o temos tecnologia para acelerar um objeto at? pr?ximo da velocidade da luz, foi necess?rio criar um aparato capaz de reduzir drasticamente a velocidade da luz.

Na verdade h? outros problemas, que dificultam at? mesmo demonstrar a contra??o do comprimento de um objeto hiperveloz. "Se voc? quisesse fotografar um foguete [pr?ximo ? velocidade da luz] enquanto ele passa, teria que levar em conta que a luz de diferentes pontos levou tempos diferentes para chegar ? c?mera," explicou Schattschneider. "A luz vinda de diferentes partes do objeto e que chega ? lente ou ao nosso olho ao mesmo tempo n?o foi emitida ao mesmo tempo - e isso resulta em efeitos ?pticos complexos."

Relatividade vis?vel

Para superar as dificuldades de captura da imagem do objeto hiperveloz, a equipe usou um sistema de c?meras de precis?o e pulsos de laser para retardar a velocidade da luz at? impressionantes 2 metros por segundo - sim, ? poss?vel at? mesmo parar a luz, mas ainda n?o conseguimos fazer um objeto viajar nem perto da velocidade da luz.

"N?s movimentamos um cubo e uma esfera pelo laborat?rio e usamos a c?mera de alta velocidade para registrar os flashes de laser refletidos de diferentes pontos nesses objetos em momentos distintos," explicam Victoria Helm e Dominik Hornof, os dois estudantes que realizaram o experimento. "Se voc? fizer a temporiza??o correta, pode criar uma situa??o que produz os mesmos resultados como se a velocidade da luz n?o ultrapassasse 2 metros por segundo."

"Imaginemos que o objeto super-r?pido seja um cubo. Ent?o, o lado voltado para longe de n?s est? mais distante do que o lado voltado para n?s. Se dois f?tons atingem nossos olhos ao mesmo tempo, um do canto frontal do cubo e outro do canto traseiro, o f?ton do canto traseiro viajou mais. Portanto, ele deve ter sido emitido em um momento anterior. E naquele momento, o cubo n?o estava na mesma posi??o de quando a luz foi emitida do canto frontal. Isso faz parecer que o cubo havia sido girado," detalhou o professor Schattschneider.

? f?cil combinar imagens de diferentes partes de uma paisagem em uma ?nica imagem maior. Mas a novidade aqui ? que, pela primeira vez, foi inclu?do o fator tempo: O objeto foi fotografado em v?rios momentos diferentes. Em seguida, as ?reas iluminadas pelo flash do laser no momento em que a luz teria sido emitida daquele ponto se a velocidade da luz fosse de apenas 2 m/s s?o combinadas em uma ?nica imagem est?tica. E isso tornou o efeito Terrell-Penrose vis?vel: O cubo parece estar girando, surgindo na foto como se fosse uma esfera.

"Combinamos as imagens est?ticas em pequenos videoclipes dos objetos ultrarr?pidos. O resultado foi exatamente o que esper?vamos," disse Schattschneider. "Um cubo parece torcido, uma esfera permanece esf?rica, mas seu polo norte est? em um lugar diferente."

Ci?ncia e arte

O efeito Terrel-Penrose n?o ? relevante na vida cotidiana: Mesmo o carro de corrida mais r?pido percorrer? apenas uma pequena fra??o da dist?ncia no tempo que leva para que os f?tons emitidos pela sua frente e pela sua traseira cheguem at? n?s. Mas, com um foguete viajando pr?ximo ? velocidade da luz, esse efeito seria claramente vis?vel.

Curiosamente, esta demonstra??o do efeito Terrell-Penrose foi o resultado de uma simbiose entre arte e ci?ncia. O ponto de partida foi um projeto de arte e ci?ncia do artista Enar de Dios Rodriguez, que h? alguns anos colabora com cientistas das duas universidades de Viena para explorar as possibilidades da fotografia ultrarr?pida e da intrigante "lentid?o da luz".

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