A Relatividade Geral

O nome Teoria da Relatividade Especial tem esse nome pois ela funciona somente em uma ocasião em especial: no movimento uniforme e retilíneo. Os exemplos que demos, no ônibus, foram no caso dele estar com velocidade constante e não fazer curvas.

Quando existe aceleração, freada ou curvas, a coisa muda de figura.

Einstein mostrou que não tem como você afirmar se está em movimento uniforme retilíneo ou em repouso. Mas agora ele queria ir além, e explicar todo tipo de movimento.

Sabe quando o motorista do ônibus dá aquela freada forte, e todo mundo vai pra frente?
Pois é, Einstein queria saber outra maneira de simular esse efeito, e a solução foi quando ele pensou: não tem gravidade quando estamos em queda livre

Sabe aqueles aviões que simulam gravidade 0?
Tudo que eles fazem é subir bem muito e cair em queda livre por alguns minutos.
Durante esse tempo, as pessoas dentro do avião ficam flutuando, como se não pesassem nada, podem ir voando de um lado para outro.

Ou seja, elas não sentem o efeito da gravidade, pois não tem nada puxando e grudando elas no chão do avião. Para isso, basta descer com mesma aceleração da gravidade, que você anula ela.

Então, Einstein percebeu que aceleração e gravidade estavam altamente relacionadas, assim como repouso se relaciona como movimento retilíneo uniforme.

Einstein tinha, então, que mostrar que o Princípio da Relatividade funcionava em qualquer situação do ônibus: o passageiro não tinha como deduzir que o ônibus estava se movendo, mesmo acelerando ou freando.

Mas quando a gente acelera o carro, sentimos uma força empurrando a gente contra o banco.
Quando o avião dá uma quedinha, ou quando descemos na montanha-russa, sentimos algo na barriga, um friozinho. Ou seja: a gente, aparentemente, sabe quando estamos acelerando ou freando.

Mas Einstein sabia que esse mesmíssimo efeito ocorria com a gravidade.
Então começou seus experimentos mentais, tentando associar aceleração com gravidade.

A primeira coisa que fez sentido em sua mente foi: a luz se encurva, em um local com aceleração.
Alguns experimentos comprovam isso, e isso entrou fundo na mente de Einstein: a aceleração faz a luz se curvar, do mesmo jeito que se a gente arremessar uma bola, ela vai percorrer uma curva, especificamente, uma parábola.

Gravidade, Tempo e Buraco Negro

Outra grande sacada de Einstein, foi perceber que o tempo também estava relacionado com a aceleração, e consequentemente, com a gravidade.

Ele notou que a gravidade retarda o tempo.
Mas é um efeito tão sutil, e tão pequeno, que nem percebemos no cotidiano, pois a massa da terra, e mesmo a do sol, produz fracas forças gravitacionais.

Agora se a gente pudesse amontoar um montão de massa num local bem pequeno, ele teria uma gravidade tão forte, que curvaria tanto a luz, que quando esta passar por esse amontoado de massa, ela se curvaria e entraria nele.

Esse amontoado é o chamado buraco-negro: uma região com gravidade tão forte, que a luz não consegue escapar de lá.

Ora, se a gravidade afeta o tempo, e o tempo está bem relacionado com o espaço, a gravidade de alguma forma está relacionada com o espaço.

Einstein descobriu que quando o espaço se curva, temos gravidade.
A matéria curva o espaço, veja uma ilustração de um planeta alterando a forma do espaço-tempo ao redor:

Veja, a luz vai viajando pelo espaço-tempo, mas quando se aproxima do planeta, ele vai se curvando ao redor de um objeto com massa grande, e a luz vai acompanhando essa curvatura do espaço-tempo.

Relatividade Geral
Se a teoria da relatividade especial era absurdamente simples, não podemos dizer o mesmo da geral.
Aqui, o bicho pegava, tanto no entendimento, quanto na matemática.

Einstein sofreu muito, mas muito mesmo com a Matemática, para a Relatividade Geral.
Teve que pedir ajuda de matemáticos, inclusive.

Mas depois de longos anos de esforço, ele conseguiu descrever na linguagem matemática, a curvatura do espaço e seus efeitos.

Aplicou suas fórmulas para nossa galáxia, e explicou tudo direitinho e as contas batiam com as da Teoria da Gravitação, de Isaac Newton, e de quebra explicava fenômenos (como o movimento do planeta Mercúrio), que a teoria antiga de Newton falhava.

Recapitulando:
A gravidade e a aceleração ocasionavam os mesmos efeitos.
A aceleração encurva a luz, então a gravidade também encurva, fazendo ela reduzir sua velocidade, então a gravidade faz os relógios andarem mais devagar.

Ele resumiu tudo em: a matéria provoca uma distorção no espaço-tempo.
Essa distorção é belíssima gravidade.

Finalmente, uma explicação para ela.