Sobre Einstein, rodas de carruagens e câmeras de celulares

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/10/2012

Roda relativística (a e b), e efeito do obturador usado em câmeras de celulares (c).
[Imagem: Bliokh et al./APS]

Ilusões da relatividade

Você certamente já viu na TV as rodas de um carro, ou de uma carruagem, darem a impressão de estarem girando para trás quando o veículo atinge determinada velocidade.

Use uma câmera digital para tirar uma foto da hélice de um avião e o efeito pode ser muito mais interessante.

O que não se sabia até agora é que essas assim chamadas "ilusões de óptica" têm tudo a ver com a Teoria da Relatividade de Einstein.

E, mais ainda, que esses fenômenos podem ser uma ferramenta de grande utilidade não apenas para os cientistas, mas também em aplicações do dia-a-dia.

Efeitos relativísticos

É comum pensar que tudo o que tem a ver com a Teoria da Relatividade só ocorre em escala cósmica, envolvendo estrelas, galáxias e buracos negros.

Konstantin Bliokh e Franco Nori, dos Laboratórios RIKEN, no Japão, mostraram que não é bem assim.

Eles demonstraram que um fenômeno de caráter geral, que acontece com uma grande gama de objetos - de buracos negros a elétrons - é causado por uma combinação da rotação com movimentos relativísticos.

Efeitos relativísticos normalmente ocorrem quando algum objeto está se movendo a uma velocidade muito próxima à da luz.

Por exemplo, um objeto a essa velocidade dará a um observador a impressão de ser mais curto. É a chamada contração de Lorentz, que ocorre devido à diferença de tempo que a luz que ilumina as diversas partes do objeto leva para chegar aos olhos do observador.

Transistores baseados no efeito Hall são uma das grandes promessas do campo da spintrônica.
[Imagem: Wunderlich et al./Science]

Efeito Hall relativístico

Bliokh e Nori demonstraram que, se esse objeto também estiver girando - seja uma roda de carruagem ou uma roda voadora - o movimento de rotação também será afetado.

Neste caso, os raios da roda parecerão ser mais "densos" de um lado do que do outro.

E isto é um efeito geral, um fenômeno que pode ser descrito pela mesma matemática que explica os efeitos relativísticos em escala cósmica.

Os pesquisadores chamaram o fenômeno de efeito Hall relativístico, devido à sua aparência com o efeito Hall induzido por campos magnéticos.

Câmeras relativísticas

A descoberta tem efeitos práticos.

Um feixe de elétrons por exemplo, vai aparecer em uma imagem como se os elétrons estivessem se acumulando preferencialmente de um lado, embora não estejam de fato, como ocorre no efeito Hall "verdadeiro".

As câmeras digitais usadas em celulares também são afetadas, sobretudo porque usam um obturador giratório.

Como a câmera lê os pixels do sensor sempre de um lado para o outro, a imagem captura a distorção, que se parece muito com a distorção vista nos elétrons ou na roda voadora.

"O efeito do obturador rolante emula as deformações relativísticas ao introduzir temporizações que são matematicamente muito similares às que afetam um objeto sob efeitos relativísticos," explicou Bliokh.

Ondas de rádio torcidas colocam múltiplos canais na mesma frequência usando efeitos relativísticos.
[Imagem: Tamburini et al./NJP]

Evitar ou levar em conta

As analogias entre fenômenos tão diferentes indicam que vários outros efeitos do mundo real poderão ser observados, analisados e explicados pela matemática da relatividade.

E, eventualmente, contornados com a ajuda dessa matemática.

No outro extremo, afirmam os dois pesquisadores, será necessário levar em conta esse efeito da rotação na observação dos fenômenos verdadeiramente relativísticos.

"O efeito Hall relativístico pode ser importante em sistemas astrofísicos envolvendo buracos negros giratórios ou feixes de luz em formato de vórtices," disse Nori.

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