Relatividade Especial
Bases da teoria da relatividade restrita de Einstein
FÍSICA MODERNA
O ano foi 1905. Dentre os quatro artigos em revistas científicas que Einstein publicou, um tinha o seguinte título: Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento. Mas do que se trata? Aparentemente seria apenas uma discussão sobre movimento de cargas e imãs uns em relação ao outro. Questões da época envolvendo dúvidas sobre o eletromagnetismo.
Talvez nem ele soubesse o quão revolucionárias eram suas ideias e como elas iriam mudar nossa forma de pensar e conceber o universo.
Vivemos em mundo tridimencional (comprimento, largura e altura) e o tempo transcorre independentemente desse espaço de três dimensões. Era certo que tanto o espaço quanto o tempo eram absolutos.
Isso significa que as medidas de comprimento (área ou volume) de um objeto são valores que dependem apenas do objeto. Qualquer observador em um referencial inercial mede com exatidão o tamanho (volume) de uma bola de futebol e todos os medidores nos diferentes referenciais, fazendo os descontos dos próprios movimentos chegariam aos mesmos resultados.
Da mesma forma o tempo, entendido como um evento, ou acontecimento, como por exemplo a explosão de uma bomba ou a colisão entre duas partículas, medido por relógios sincronizados em diferentes referenciais inerciais encontra-se exatamente o mesmo valor.
Tempo e espaço são, por fim, estruturas do nosso universo que existem independentes do próprio universo e dos observadores. Então, se eu medir o comprimento de uma mesa e encontrar 2,4 m, significa que a mesa tem um comprimento de 2,4 m para qualquer referencial. O comprimento é da mesa e independe do ponto de vista.
O mesmo se dá com o tempo. Se uma bomba explodiu as 7:30 h, todos os relógios de todos os referenciais vão concordar, dando os devidos descontos de fuso horário, na Terra ou em qualquer parte do universo que a bomba explodiu as 7:30 h. A explosão da bomba é um evento em si que aconteceu em um instante de tempo. Esse instante independe do ponto de vista.
Você leitor certamente concorda com as últimas afirmações e exemplos, pois são bastante intuitivas e totalmente relacionadas às nossas experiências cotidianas. É assim que as coisas funcionam na Terra para as situações corriqueiras em que as velocidades são pequenas.
Mas, você diz: um avião supersônico possui uma velocidade muito grande e mesmo assim essas premissas sobre tempo espaço continuam válidas. No entanto, comparado à velocidade da luz no vácuo é menos do que uma formiga caminhando lentamente. A diferença é brutal. A velocidade da luz vale c = 300.000 km/s a velocidade do som Vs = 0,34 km/s. Então, quando falamos de relatividade, pensamos em particulas se movendo com pelo menos 60% da velocidade da luz ou 0,6c (180.000 km/s)
As experiências mentais de Einsten o conduziram a uma interpretação genial que solucionou os grandes problemas que a Física vivia no final do século XIX. Ele conseguiu unir as teorias da mecânica e do eletromagnetismo em um conjunto de ideias que pareciam inconciliáveis.
Primeiro problema: as leis da mecânica newtoniana tinham o mesmo formato para qualquer referencial inercial, mas as leis do eletromagnetismo maxweliana não. Havia algo estranho, pois a Física não poderia ter transformações tão diferentes para dois ramos.
Como Einstein resolveu? Ele considerou que a questão do referencial inercial era tão importante que não dava para "jogar fora" e postulou: todas as leis da Física são invariantes para referenciais inerciais, tanto da mecânica quanto do eletromagnetismo. Um postulado é uma premissa a priori que não é, e nem precisa ser demosntrado. Ele irá se sustentar se as consequências que ele trouxer fizerem sentido.
Segundo problema: as equações utilizadas para a transformação de referenciais do movimento, originada da mecânica de Newton, quando aplicada ao eletromagnetismo traziam problemas em si.
Como Einstein resolveu? Ele postulou que a velocidade da luz no vácuo é uma constante universal (c) para qualquer referencial inercial, ou seja, todos os referenciais medem a mesma velocidade da luz, no vácuo.
Como consequência desse postulado será necessário alterarmos nossas noções de espaço e tempo. Além disso, é preciso alterarmos a forma como calculamos as mudanças de referencial. Um fator que envolve a razão entre a velocidade do referencial (v) e a velocidade da luz (c) foi acrescido às equações. Devido a esse fator, os resultados observáveis quando a velocidade do referencial for próxima da velocidade da luz, coincidem com as experiências. Caso contrário, para referenciais em baixas velocidades, como normalmente estamos aqui na Terra, essa nova transformação recai matematicamente nas antigas transformações formuladas pela mecânica.
Einstein, então, ao formular seu novo princípio da relatividade demonstra que uma transformação mais geral do que a que existia até então, consegue explicar as situações atuais das altas velocidades e as antigas das baixas velocidades.
Foi incrivel como Einstein resolveu os problemas da Física do início do século XX conciliando teorias que aparentemente se contradiziam sem gerar grandes rupturas nas ideias centrais que pairavam na mente dos cientistas da época. No entanto, a compreensão dessas ideias exige de nós uma forma bem diferente de compreender o universo, a qual, não estamos acostumados, pois vivemos em mundo de baixas velocidades.
Sequência de posts em direção à teoria de Relatividade de Einstein
Concepção, criação e desenvolvimento: Prof. Gielton
