Realizado em outubro de 1971, o experimento de Hafele-Keating foi um teste da teoria da relatividade.
Naquele dia, Joseph C. Hafele, um físico, e Richard E. Keating, um astrônomo, usaram quatro relógios atômicos de feixes de césio e os instalaram a bordo de aviões comerciais.
Os aviões decolaram, cada qual levando seu relógio atômico. Eles voaram duas vezes ao redor do mundo, primeiro para o leste, depois para o oeste, e quando retornaram, os cientistas compararam os relógios que voaram pelo mundo com outros que permaneceram no Observatório Naval dos Estados Unidos.
Quando reunidos, os três conjuntos de relógios estavam com horas diferentes!
Com base nas rotas de voo de cada aeronave, a teoria previa que os relógios voadores teriam que gerar uma discrepância temporal em relação aos que ficaram no solo, sendo que eles deveriam perder 40 ± 23 nanossegundos durante a viagem para o leste e teriam ganhado 275 ± 21 nanossegundos Durante a viagem para o oeste…
Relativamente à escala de tempo atômica do Observatório Naval dos EUA, os relógios voadores perderam 59 ± 10 nanossegundos durante a viagem para o leste e ganharam 273 ± 7 nanossegundos durante a viagem para o oeste, onde os erros são esperados no desvio padrão. Estes resultados mostraram de forma empírica e absolutamente inequívoca o famoso “paradoxo do relógio”.
Einstein estava certo mais uma vez
Em seu artigo original de 1905 sobre a relatividade especial, Einstein sugeriu um possível teste da teoria: “Daí concluímos que um relógio de mola no equador deve ir mais devagar, por uma quantidade muito pequena, do que um relógio precisamente semelhante situado em um dos pólos da Terra sob condições de outro modo idênticas”.
Como Einstein ainda não tinha desenvolvido a teoria geral, ele não percebeu que os resultados de tal teste seriam, de fato, nulos, uma vez que a superfície da terra é equipotencial gravitacionalmente e, portanto, os efeitos da dilatação cinemática e gravitacional do tempo seriam precisamente anulados.
Desde que o experimento de Hafele-Keating foi reproduzido por métodos cada vez mais precisos, tem havido um consenso entre os físicos desde pelo menos a década de 1970 de que as previsões relativistas dos efeitos gravitacionais e cinemáticos no tempo foram verificadas conclusivamente. As críticas do experimento não abordaram a verificação subsequente do resultado por métodos mais precisos e mostraram-se erradas.
A bizarra dilatação do tempo
A relatividade geral prevê um efeito curioso do tempo, em que um aumento no potencial gravitacional devido à altitude acelera os relógios. Isto significa que os relógios em altitudes mais altas ticam mais rapidamente do que os relógios na superfície da Terra. Este efeito foi confirmado em muitos experimentos de deflexão da luz , como o experimento de Pound-Rebka e Gravity Probe A . No experimento de Hafele-Keating, houve um ligeiro aumento no potencial gravitacional devido à altitude que tendia a acelerar os relógios. Desde que a aeronave voou aproximadamente na mesma altitude em ambas as direções, este efeito foi aproximadamente o mesmo para os dois planos, mas, no entanto, causou uma diferença em relação aos relógios no solo.
Uma curiosidade do experimento é que levou anos para conseguirem o financiamento para tal pesquisa, sendo que essa foi uma das pesquisas mais baratas na História das verificações empíricas da Teoria da Relatividade.
Adoro o filme do Super-Homem de 1978, mas a parte final, quando ele faz a terra girar ao contrário fica atravessada na garganta.
Lendo agora sobre esse experimento, até que a cena tem lá sua coerência. hehehe
Philipe, uma coisa que não me pareceu clara: como a direção do voo altera para ganho em sentido oeste e em perda para o leste? Não seria a altitude de voo que provocaria sempre o ganho? Qual a razão de a direção do voo influenciar para mais ou para menos a velocidade do relógio? Não encontrei a explicação para isto no texto.
Cara tb não sei, mas parece que altera. Vamos ver se algum fisico leitor aqui do blog explica melhor pra nós essa influência da latitude.
Rotação da Terra, como o sentido de rotação é de, Oeste para Leste, o avião que voa para o Leste, tem adicional a à velocidade da Terra, o que voa para o Oeste, subtrai a velocidade da Terra com a do avião, o que explica que, um objeto que voa em maior velocidade, o tempo passa mais devagar que o de menor velocidade.
Altera o mecanismo dos relogios ou o tempo?
Somente o tempo.
A direção do vôo altera a variação do tempo pela seguinte razão: voando para leste, o avião se move no mesmo sentido da rotação da Terra, portanto somam-se as velocidades do avião e da rotação do planeta; voando para oesta, o avião se move em sentido contrário ao da rotação da Terra. Existe um livrinho em PDF, do professor José Natário, intitulado “A Geometria da Relatividade” que explica com bastante clareza esse tema, incluindo cálculos simples que mostram como funciona a teoria. O livro pode ser baixado neste link:
https://www.math.tecnico.ulisboa.pt/~sanjos/estagio/Textos.pdf
Luiz Vieira
De fato, a única coisa que muda o tempo é a gravidade. Os fenômenos devidos à relatividade restrita não são fatos físicos, mas apenas convenções de medida. No caso desse experimento, a diferença no tempo é devido à aceleração centrípeta à qual os aviões os aviões estão submetidos, e devido ao princípio de equivalência esta aceleração equivale a um campo gravitacional. Os cálculos podem ser feitos usando-se as velocidades, já que a aceleração centrípeta depende destas.