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Teoria da Relativadade

 

Teoria da Relativadade
Albert Einstein

Albert Einstein é considerado um dos maiores cientistas de todos os tempos. Três artigos seus publicados em 1905 foram transcendentais para o desenvolvimento da física e influíram o pensamento ocidental em geral. Os artigos tratavam da natureza da luz, descreviam o movimento molecular e apresentavam a teoria da relatividade restrita. Einstein é famoso por refletir continuamente nas hipóteses científicas tradicionais e tirar conclusões singelas às quais ninguém havia chegado antes. Não se conhece tanto seu compromisso social, embora fosse um ardente pacifista e sionista. Na gravação, Einstein fala de Gandhi e elogia a não violência.

Einstein, Albert (1879-1955), físico alemão naturalizado americano. Premiado com o Nobel de Física em 1921, é famoso por ser autor das teorias especial e geral da relatividade e por suas idéias sobre a natureza corpuscular da luz. É provavelmente o físico mais conhecido do século XX.

Nasceu em Ulm em 14 de março de 1879 e passou sua juventude em Munique, onde sua família possuía uma pequena oficina de máquinas elétricas. Desde muito jovem demonstrava excepcional curiosidade pela natureza e notável capacidade de entender os conceitos matemáticos mais complexos. Aos 12 anos já conhecia a geometria de Euclides.

Primeiras publicações científicas

Em 1905 doutorou-se pela Universidade de Zurique, na Suíça, com uma tese sobre as dimensões das moléculas. No mesmo ano, publicou quatro artigos teóricos de grande valor para o desenvolvimento da física. No primeiro, sobre o movimento browniano, formulou predições importantes sobre o movimento aleatório das partículas dentro de um fluido, que foram comprovadas em experimentos posteriores. O segundo artigo, sobre o efeito fotoelétrico, antecipava uma teoria revolucionária sobre a natureza da luz. Segundo Einstein, sob certas circunstâncias a luz se comportava como uma partícula. Também afirmou que a energia que era transportada por toda partícula de luz, que denominou fóton, era proporcional à freqüência da radiação. Isto era representado pela fórmula E = hu, onde E é a energia da radiação, h uma constante universal chamada constante de Planck e u é a freqüência da radiação. Esta teoria postulava que a energia dos raios luminosos se transfere em unidades individuais chamadas quanta, contrariando as teorias anteriores que afirmavam que a luz era manifestação de um processo contínuo.

No terceiro trabalho, expôs a formulação inicial da teoria da relatividade que mais tarde o tornaria mundialmente conhecido; e no quarto e último trabalho, propôs uma fórmula para a equivalência entre massa e energia, a famosa equação E = mc2, pela qual a energia E de uma quantidade de matéria, com massa m, é igual ao produto da massa pelo quadrado da velocidade da luz, representada por c.

Teoria da relatividade

A terceira publicação de Einstein, em 1905, Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento, tratava do que ficou conhecido como teoria especial da relatividade. Esta teoria se baseava no princípio de que toda medição do espaço e do tempo é subjetiva. Isto levou Einstein a desenvolver mais tarde uma teoria baseada em duas premissas: o princípio da relatividade, segundo o qual as leis físicas são as mesmas em todos os sistemas de inércia de referência, e o princípio da invariabilidade da velocidade da luz, o qual afirma que a luz se move com velocidade constante no vácuo.

A teoria geral da relatividade só foi publicada em 1916. De acordo com esta teoria, as interações entre dois corpos, que até então se atribuíam a forças gravitacionais, explicam-se pela influência de tais corpos sobre o espaço-tempo (espaço de quatro dimensões, uma abstração matemática em que o tempo se junta, como quarta dimensão, às três dimensões euclidianas).

Einstein no Brasil

Foi em Sobral, no Ceará, que, em maio de 1919, durante um eclipse solar, demonstrou-se que a luz das estrelas era atraída pelo Sol, confirmando-se as proposições da teoria da relatividade e espalhando a fama de Einstein pelo mundo. Ele esteve duas vezes no Rio de Janeiro, a primeira, por poucas horas, em março de 1925, a caminho da Argentina. Na segunda, de 4 a 12 de maio do mesmo ano, pronunciou duas conferências sobre a relatividade e uma sobre a teoria da luz.

Teoria da Relatividade

Relatividade, teoria desenvolvida no início do século XX, que, originalmente, pretendia explicar certas anomalias no conceito do movimento relativo, mas, em sua evolução, converteu-se em uma das teorias básicas mais importantes das ciências físicas. Desenvolvida fundamentalmente por Albert Einstein, foi a base para que os físicos demonstrassem, posteriormente, a unidade essencial da matéria e da energia, do espaço e do tempo, e a equivalência entre as forças de gravitação e os efeitos da aceleração de um sistema.

Em 1905, Einstein publicou seu artigo sobre a teoria da relatividade especial, segundo o qual nenhum objeto do Universo se distingue por proporcionar um marco de referência absoluto em repouso. É igualmente correto afirmar que o trem se desloca em relação à estação e que a estação se desloca em relação ao trem. A hipótese fundamental em que se baseava era a inexistência do repouso absoluto no Universo, razão pela qual toda partícula ou objeto deve ser descrito mediante uma chamada linha de Universo, que traça sua posição em um contínuo espaço-tempo de quatro dimensões (três espaciais e uma temporal), na qual têm lugar todos os fatos do Universo.

Teoria da Relatividade

Também deduz que o comprimento, a massa e o tempo de um objeto variam com sua velocidade. Assim, a energia cinética do elétron acelerado converte-se em massa, de acordo com a fórmula E=mc2. Em 1915, desenvolveu sua teoria da relatividade geral, na qual considerava objetos que se movem de forma acelerada um em relação ao outro, para explicar contradições aparentes entre as leis da relatividade e a lei da gravitação. A teoria da relatividade especial afirma que uma pessoa, dentro de um veículo fechado, não pode determinar, por meio de nenhum experimento imaginável, se está em repouso ou em movimento uniforme.

A teoria da relatividade geral afirma que, se esse veículo é acelerado ou freado, ou se faz uma curva, o seu ocupante não pode assegurar se as forças produzidas se devem à gravidade ou a outras forças de aceleração. Simplesmente, a lei da gravidade de Einstein afirma que a linha de Universo de todo objeto é uma geodésica em um contínuo (uma geodésica é a distância mais curta entre dois pontos, ainda que o espaço curvo não seja, normalmente, uma linha reta; como ocorre com as geodésicas na superfície terrestre, são círculos máximos, mas não linhas retas). A linha de Universo é curva devido à curvatura do contínuo espaço-tempo na proximidade da Terra e a isso se deve a gravidade.

A teoria da relatividade geral foi confirmada de numerosas formas desde sua proposição. Vários cientistas têm tratado de unir a teoria da força gravitacional relativista com o eletromagnetismo e com outras forças fundamentais da física: as interações nucleares forte e fraca (ver Teoria do campo unificado). Em 1928, Paul Dirac expôs uma teoria relativista do elétron. Mais tarde, desenvolveu-se uma teoria de campo quântica chamada eletrodinâmica quântica, que unificava os conceitos da relatividade e a teoria quântica, no que diz respeito à interação entre os elétrons, os pósitrons e a radiação eletromagnética. Nos últimos anos, Stephen Hawking tem se dedicado a tentar integrar por completo a mecânica quântica com a teoria da relatividade.

Fonte: www.lucalm.hpg.ig.com.br

Teoria da Relatividade

TEORIA DA RELATIVIDADE

As hipóteses relativistas elaboradas por Albert Einstein no início do século XX para explicar a estrutura do cosmos transcenderam o âmbito científico e, com o passar dos anos, se transformaram num símbolo paradigmático da filosofia e do modo de entender o mundo durante o que se chamou de era da relativização.

Teoria da relatividade é o modelo da física que, por meio de uma concepção generalizada dos sistemas naturais, descreve o movimento de corpos submetidos a velocidades semelhantes à da luz. Enunciada fundamentalmente por Albert Einstein, no início do século XX, a teoria da relatividade suscitou ampla renovação científica ao alterar algumas idéias básicas da física clássica e oferecer uma explicação coerente e unificada para grande número de fenômenos da natureza.

Em virtude de sua complexidade e das datas de publicação dos trabalhos de Einstein, a teoria da relatividade se distingue entre o modelo especial, ou restrito, postulado em 1905 e apoiado em alguns trabalhos precursores, e a relatividade geral, publicada por Einstein entre 1912 e 1917, que inclui a noção de campo gravitacional e procura condensar num modelo único todas as manifestações físicas do universo.

Historicamente, a teoria da relatividade ampliou as idéias existentes no momento de sua aparição e englobou as teorias clássicas como um caso particular de suas propostas. Assim, a mecânica clássica, baseada nos princípios da dinâmica de Isaac Newton, e os fundamentos da eletricidade e do magnetismo, reunidos nas leis enunciadas por James Clerk Maxwell, constituem casos particulares da teoria relativista sob as condições especiais presentes em sistemas com componentes de movimento extremamente lento em comparação com a velocidade de deslocamento da luz.

Relatividade especial

Nas últimas décadas do século XIX, o acúmulo de dados extraídos de numerosas experiências da física começaram a mostrar brechas e indeterminações nos modelos científicos da época. Esses modelos eram baseados em dois pilares principais: a teoria da gravitação universal de Newton e os princípios do eletromagnetismo propostos por Michael Faraday e resumidos nas equações de Maxwell.

Ambas as concepções, a mecânica e a eletromagnética, propunham um universo com partículas e campos de força que constituíam entes rígidos, mergulhados num espaço e tempo absolutos e de dimensões invariáveis. Dentro dessa concepção, tomava-se um sistema de referência único, em relação ao qual se determinariam os movimentos de todos os corpos. Esse sistema ideal se chamou éter cósmico.

A busca sem sucesso do éter em numerosas experiências estimulou o surgimento das futuras teorias. Os americanos Albert Abraham Michelson e Edward Williams Morley, por exemplo, fizeram uma pesquisa com o objetivo de descobrir a velocidade com que a Terra se deslocava através do éter cósmico, supostamente imóvel. Michelson e Morley conseguiram medir com grande precisão a velocidade da luz, o que apoiou as concepções de Einstein e a idéia segundo a qual o deslocamento das ondas luminosas tinha velocidade constante, invariável para qualquer observador em repouso ou dotado de movimento uniforme.

A descoberta da invariabilidade da velocidade da luz foi um golpe na noção do espaço e tempo absolutos. Isso inspirou os trabalhos de George Francis Fitzgerald e Hendrik Antoon Lorentz, dos quais se deduziu um conjunto de leis matemáticas, conhecidas como transformações de Lorentz, cujos resultados incluem as noções de contração da distância e dilatação do tempo.

Noções relativistas e suas conseqüências. O trabalho de Einstein, publicado em 1905 pela revista Annalen der Physik, deu uma resposta consistente ao problema da relatividade espaço-temporal sugerido por Lorentz e Fitzgerald. Os postulados principais da teoria da relatividade restrita são os que se seguem.

(1) As leis da natureza não variam entre os sistemas distintos, chamados inerciais, que se movem com velocidade constante, uns em relação aos outros.

(2) Não existe um sistema de referência absoluto, e o estudo dos fenômenos físicos terá que ser feito mediante variáveis relativas que expressam leis idênticas em diferentes sistemas inerciais.

Essas hipóteses, apoiadas pelas experiências de Michelson-Morley sobre a velocidade da luz, negaram a existência do éter cósmico e revelaram um princípio que se tornou fundamental na ciência do século XX: a velocidade da luz é inatingível por qualquer partícula material, e além disso é insuperável.

As conseqüências diretas da teoria restrita, apoiadas em rigorosa formulação matemática, revolucionaram os postulados da ciência. De maneira geral, um objeto material com velocidade próxima à da luz sofre efeitos surpreendentes: sua massa aumenta, o espaço se contrai e o tempo se dilata. Estes dois últimos efeitos se deduzem das equações de Lorentz.

As hipóteses de Einstein, em sua teoria restrita, se completaram com a equação da equivalência entre massa e energia como uma das manifestações paralelas do mesmo fenômeno. A lei da conversão entre matéria e energia, expressa pela equação matemática E = mc2, enuncia que a massa de uma partícula submetida a altas velocidades se transforma em energia pura, segundo um fator de conversão igual ao quadrado da velocidade da luz (c) no meio em que se realiza a experiência. Obteve-se a comprovação experimental dessa equação mediante o estudo das reações nucleares, que liberam colossais quantidades de energia resultantes da perda de massa do sistema. A conversão inversa, de energia em massa, que daria lugar à materialização de campos energéticos, nunca foi detectada em lugar algum do universo, embora modernas teorias cosmológicas tenham previsto a existência de buracos brancos que atuariam como criadores de matéria.

Os sistemas de referência exclusivamente espaciais, usados nas teorias clássicas, tiveram que ser completados por uma nova variável, o tempo, para satisfazer as novas hipóteses. O alemão Hermann Minkowski definiu o espaço tetradimensional como constituído de três direções de espaço e uma de tempo. O tempo seria o quarto eixo de referência. No espaço-tempo de Minkowski puderam ser representados os fenômenos referentes às teorias relativistas.

Relatividade geral

A principal limitação da relatividade especial era sua aplicação restrita a sistemas de referência inerciais, de velocidade retilínea e constante em relação uns aos outros. A generalização das hipóteses da relatividade restrita ampliou o princípio da invariabilidade das leis da natureza a qualquer sistema, inclusive os de tipo não inercial ou dotados de uma aceleração ou velocidade variável com relação aos sistemas inerciais.

Campos gravitacionais

O objetivo de Einstein, com a globalização dos postulados relativistas, foi desenvolver um modelo de campo gravitacional no qual definiu as características dos sistemas cinemáticos e dinâmicos em condições próximas ao limite da velocidade da luz. As idéias de Einstein foram enriquecidas por trabalhos de Hermann Bondi, Sir Fred Hoyle, Thomas Gold e Ernest Pascual Jordan.

Confirmação da teoria

As hipóteses de Einstein, apesar de sua brilhante demonstração teórica, só alcançaram pleno reconhecimento internacional depois do surgimento de provas experimentais de sua validade. Entre os principais resultados que apoiaram as hipóteses relativistas se incluem: a explicação das anomalias observadas desde o século XIX nas órbitas do planeta Mercúrio, mediante a inclusão do conceito de campo gravitacional relativista, no qual a trajetória da luz se curva na presença de fortes campos gravitacionais; a interpretação dos fenômenos das partículas atômicas lançadas em alta velocidade no interior de aceleradores como ciclotrons e similares; e a construção de teorias cosmológicas da estrutura de sistemas galáticos e estelares e da forma e origem do universo.

As equações de Einstein permitiram prever a conversão de matéria em energia nos reatores e bombas nucleares. Nos últimos anos do século XX, outras previsões de Einstein na teoria da relatividade geral eram ainda objeto de pesquisa. Entre essas previsões se incluem a existência de ondas gravitacionais e dos buracos negros, objetos formados pelo colapso de estrelas de grande massa, dos quais nem a luz conseguiria escapar. Em maio de 1994, o telescópio espacial americano Hubble detectou pela primeira vez um objeto que correspondia às características de um buraco negro superdenso, situado a cinqüenta milhões de anos-luz da Terra, na galáxia gigante M87.

Fonte: biomania.com

Teoria da Relatividade

Na Teoria da Relatividade Especial (também chamada de Relatividade Restrita), Einstein analisa as leis da Física em referenciais inerciais. Em 1915, ele publica sua Teoria da Relatividade Geral em que analisa as leis da Física em referenciais acelerados e desenvolve uma nova teoria da gravitação.

Vamos aqui comentar apenas alguns aspectos da teoria da gravitação. Para explicar a atração gravitacional entre corpos, Einstein abandona a noção newtoniana de força e introduz a noção de espaço curvo.

Teoria da Relatividade

Para Einstein, os corpos produzem em torno de si uma curvatura do espaço, sendo que, quanto maior a massa do corpo, maior será a curvatura. Podemos fazer uma analogia com a situação representada na figura 16. Nela temos uma bola de ferro (B) colocada sobre uma superfície elástica. A bola de ferro deforma a superfície de modo que o corpo C vai em direção a B não porque haja uma força de atração, mas sim porque segue a linha do espaço curvo.

A teoria de Einstein previa que a luz também seria atraída pelos corpos, mas esse efeito seria pequeno e, assim, só poderia ser observado quando a luz passasse perto de corpos de grande massa, como por exemplo o Sol.

A confirmação dessa teoria aconteceu em 19 de maio de 1919. Nesse dia ocorreu um eclipse do Sol que propiciou a obtenção de fotos de estrelas durante o dia. Comparando-se a posição obtida da estrela (posição aparente) com a posição em que ela deveria estar, seria possível constatar se o raio de luz sofre desvio ao passar perto do Sol.

Teoria da Relatividade

Para garantir bons resultados da observação do eclipse, uma equipe de astrônomos ingleses foi enviada para a cidade de Sobral, no Ceará, e outra para a ilha de Príncipe (África Ocidental). A equipe de Sobral foi mais feliz, pois na ilha de Príncipe o céu estava um pouco encoberto, com nuvens. Desse episódio ficou famosa uma frase pronunciada por Einstein algum tempo depois: "O problema concebido por meu cérebro foi resolvido pelo luminoso céu do Brasil".

Origem

A Teoria da Relatividade foi criada pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955) em duas etapas: em 1905 ele publicou um trabalho que mais tarde ficou conhecido pelo nome de Teoria da Relatividade Especial, que trata do movimento uniforme; e em 1915, publicou a Teoria da Relatividade Geral, que trata do movimento acelerado e da gravitação.

As reflexões de Einstein, que mais tarde o levaram a criação da Teoria da Relatividade, começaram quando ele tinha 16 anos. Em uma carta enviada a um tio, juntou um pequeno trabalho sobre alguns problemas que ocupavam sua mente e que o levou à criação da Teoria da Relatividade.

O problema da Luz

O primeiro desses problemas referia-se ao comportamento da luz. De acordo com a teoria eletromagnética, a luz é constituída de campos elétricos e magnéticos que oscilam enquanto viajam. Einstein então se perguntava: O que aconteceria se eu acompanhasse um feixe de luz mantendo a mesma velocidade da luz? Ele chegou à seguinte resposta: A luz pareceria algo imóvel e sem alteração. Mas isso lhe pareceu absurdo, pois o que caracteriza a luz é exatamente a alteração continua dos campos; um pulso de luz estático não poderia existir.

O problema do Eletromagnetismo

Teoria da Relatividade
O segundo problema que afligia Einstein era a falta de simetria observada em alguns fenômenos eletromagnéticos. Consideremos, por exemplo, o caso representado na figura 2.

Um indivíduo A está fixo no solo e observa um vagão que se move em linha reta e com velocidade constante. Dentro do vagão há um indivíduo B que segura duas esferas carregadas x e y. Suponhamos que a reta que une x e y seja perpendicular à velocidade do vagão.

Para o indivíduo B, as esferas estão em repouso; assim, entre elas existe um par de forças eletrostáticas dadas pela Lei de Coulomb. Porém, para o indivíduo A, as esferas movem-se em trajetórias paralelas com velocidade V. Assim, para o indivíduo A, além das forças dadas pela Lei de Coulomb, há um par de forças magnéticas entre as esferas. Desse modo, a força resultante em cada esfera depende do observador.

Para Einstein, essa conclusão era insuportável, pois na Mecânica isso não ocorria. Quando temos dois referenciais inerciais, um movendo-se com velocidade constante em relação ao outro, as leis da Mecânica são as mesmas nos dois referenciais. Um experimento mecânico dará o mesmo resultado nos dois referenciais, isto é, por meio de um experimento mecânico, não podemos determinar se o referencial está parado ou em movimento retilíneo uniforme.

Consideremos, por exemplo, o caso abaixo:

Teoria da Relatividade

Teoria da Relatividade

Na situação representada na figura 3, um indivíduo B está sobre um vagão que se move com velocidade constante V em relação ao solo. Suponhamos que ele jogue uma bola para cima. A bola subirá e cairá novamente na sua mão, do mesmo modo que subiria e cairia se o vagão estivesse em repouso em relação ao solo. Naturalmente, para um observador A, fixo em relação ao solo (fig. 4), a trajetória da bola será uma parábola, e a velocidade da bola terá valores diferentes para os dois observadores.

No entanto, para os dois observadores a aceleração da bola será a mesma (aceleração da gravidade) e a força resultante sobre a bola será a mesma (o peso). Dentro do vagão, o indivíduo B poderá jogar uma partida de pingue-pongue ou peixinhos poderão nadar num aquário do mesmo modo que o fariam se o vagão estivesse em repouso.

Nenhum dos experimentos ilustrados pelas figuras 3 e 4 poderá revelar se o vagão está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Portanto, ao contrário da Mecânica, as leis do Eletromagnetismo pareciam depender do referencial.

A Relatividade do Tempo

Vamos supor que queiramos medir o intervalo de tempo gasto para ocorrer um fenômeno. Uma das conseqüências dos postulados de Einstein é que o valor desse intervalo de tempo vai depender do referencial em que está o observador.

Se tivermos dois observadores situados em dois referenciais inerciais diferentes, um tendo velocidade constante em relação ao outro, os intervalos de tempo medidos por esses observadores serão diferentes. Para demonstrar isso, consideremos as situações abaixo.

A Relatividade do Tempo

Nas figuras 7 e 8 representamos um trem que se move com velocidade constante V em relação ao solo. Dentro do vagão há um observador O', fixo em relação ao vagão, e fora dele há um observador O, fixo em relação ao solo.

O observador O' (fig. 7) aciona uma fonte de luz que emite um pulso para cima. Esse pulso é refletido por um espelho e volta para a fonte. Para o observador O', na ida e na volta o pulso de luz gasta um intervalo de tempo Dt' dado por:

2d' = c . ( Dt' )

Equação I

em que c é a velocidade da luz.

Na figura 8 representamos o trajeto da luz como é visto pelo observador O, o qual mede um tempo Dt para o percurso da luz. Nesse intervalo de tempo, para o observador O o deslocamento do trem foi igual a V.(Dt) enquanto o deslocamento da luz (fig. 9) foi:

2d = c . ( Dt )

Equação II

pois a velocidade da luz é a mesma (c) para os dois observadores.

A Relatividade do Tempo

Das equações I e II, obtemos:

2d' = c. ( Dt ) ® Dt' = 2d' / c

2d = c. ( Dt ) ® Dt = 2d / c

Como d' < d, temos: Dt' <Dt

Daí podemos concluir que um relógio que está em um referencial que se move em relação a nós "anda" mais devagar do que nosso relógio.

Essa relação vale para todos os processos físicos, incluindo reações químicas e processos biológicos.

O intervalo de tempo Dt', em que os dois eventos (emissão e recepção de luz) ocorrem no mesmo local, é chamado de tempo próprio. Para qualquer outro referencial inercial o intervalo de tempo (Dt) é maior do que o tempo real.

Vamos agora encontrar uma equação que relacione Dt com Dt'. Aplicando o teorema de Pitágoras ao triângulo retângulo sombreado na figura 9, temos:

A Relatividade do Tempo

Evidências da dilatação temporal

Uma das primeiras evidências da dilatação temporal foi obtida por meio de experimentos com uma partícula chamada múon. Quando fazemos experimentos no laboratório com múons em repouso, observamos que eles se desintegram com uma vida média de 2,2 . l0-6 s. Muitos múons são criados na alta atmosfera, como resultado do bombardeio dos raios cósmicos. Esses múons movem-se com velocidade próxima da luz:

v = 2,994 .108 m/s

Portanto, entre o momento em que são criados e o momento em que se desintegram, deveriam percorrer, em média, uma distância de:

d = v . ( Dt )

d = ( 2,994 . 108 m / s ) . (2,2 . 10-6 s)

d = 650 m

No entanto, a experiência mostra que múons criados a quase l0 km de altitude são detectados na superfície da Terra. Isso acontece por causa da dilatação temporal. Para um referencial fixo no múon, o tempo de desintegração é:

Dt' = 2,2 . 10-6 s

Para um referencial fixo na Terra, temos:

A Relatividade do Tempo

Como:

A Relatividade do Tempo


Assim:

A Relatividade do Tempo


Portanto:

A Relatividade do Tempo


Assim, para um observador na Terra, a distância percorrida pelo múon antes de desintegrar-se é:

D = v . ( Dt )

D = ( 2,994 . 108 m / s ) . (35 . 10-6 s)

D = 10.000 m

Outro tipo de teste, consistiu em comparar relógios atômicos, que marcam intervalos de tempo muito pequenos. Um foi mantido no solo, enquanto outro foi colocado em um avião que percorreu uma grande distância a uma grande velocidade em relação à Terra. Terminado o vôo, os relógios foram comparados e constatou-se que o relógio do avião estava ligeiramente atrasado em relação ao relógio que foi mantido no solo.

Fonte: atomico.no.sapo.pt

Teoria da Relatividade

Teoria da Relatividade

por Albert Einstein

Primeira apresentação na INTERNET de uma palestra dada em Kioto, Japão, em 14 de Dezembro de 1922, pouco antes de receber o Prêmio Nobel. Republicada em 1982 na Revista "Physics Today".

A Teoria da Relatividade Especial

Não é fácil falar sobre como cheguei á idéia da teoria da Relatividade; houveram muitas complexidades a motivar meus pensamentos, e o impacto de cada um foi diferente nos diferentes estágios do desenvolvimento da idéia. Não farei menção a todos aqui. Nem levarei em conta os trabalhos que tenho escrito sobre o assunto. Apenas descreverei brevemente o desenvolvimento de meu pensamento diretamente relacionado com este problema.

Fazem mais de 17 anos que tive uma idéia do desenvolvimento da Teoria da Relatividade pela primeira vez. Embora não saiba dizer precisamente quando, tenho certeza que estava relacionado com o problema das propriedades óticas de corpos em movimento. A luz propaga-se pelo mar de éter, em que a Terra está se movendo. Em outras palavras, o éter está se movendo com respeito à Terra. Tentei encontrar alguma evidência experimental para a fluidez do éter na literatura, mas foi em vão.

Então tentei procurar verificar eu mesmo a fluidez do éter com respeito à Terra, ou em outras palavras, o movimento da Terra. Quando pensei pela primeira vez sobre o problema, não tinha dúvida da existência do éter ou do movimento da Terra sobre ele. Pensei no seguinte experimento usando dois termopares (um tipo de medidor de temperatura): colocando espelhos de forma que a luz proveniente de uma fonte (após dividida em duas) fosse refletida em duas direções diferentes, uma paralela ao movimento da Terra, e outra, antiparalela. Se assumirmos que existe uma diferença de energia entre os dois feixes refletidos, poderíamos medir a diferença do calor gerado usando dois termopares.. Embora a idéia do experimento seja muito similar à feita por Michelson, não a pus em prática.

Enquanto estava pensando neste problema em meus anos de estudante, vim a conhecer a estranho resultado do Experimento de Michelson. Logo cheguei à conclusão que nossa idéia sobre o movimento da Terra com respeito ao éter era incorreta, se admitíssemos o resultado nulo de Michelson como fato. Este foi o primeiro passo que me levou à Teoria da Relatividade Especial. Desde então comecei a acreditar que o movimento da Terra não poderia ser detectado por nenhum experimento ótico, embora a Terra esteja rodando em torno do Sol.

Tive a chance de ler a Monografia de Lorentz de 1895. Ele discutiu e resolveu completamente o problema da eletrodinâmica em primeira ordem de aproximação, ou seja, negligenciando termos de ordem maior do que v/c, onde v é a velocidade de um corpo em movimento e c a velocidade da luz. Então tentei discutir o Experimento de Fizeau assumindo que as Equações de Lorentz para elétrons podiam manterem-se tanto no sistema de referência em movimento quanto no de repouso. Naquela época acreditava firmemente que as equações da Eletrodinâmica de Maxwell e Lorentz eram corretas. Além disso, a suposição de que estas equações poderiam serem consideradas no sistema de referência em movimento levava a velocidade ao conceito de invariância da velocidade da luz, o que entretanto contradizia a regra de adição de velocidades usada em Mecânica.

Por que estes dois conceitos se contradizem? Cheguei à conclusão de que esta dificuldade era difícil de se resolver. Gastei aproximadamente 1 ano em vão tentando modificar a idéia de Lorentz na esperança de resolver este problema. Por sorte um amigo em Berna (Michele Besso) ajudou-me. Era um lindo dia quando o visitei. Comecei a conversa com ele da seguinte forma: "Recentemente tenho trabalhado em um problema difícil. E vim hoje para juntos batalharmos contra ele". Discutimos cada aspecto do problema. E então de repente entendi onde estava a chave do problema. No outro dia retornei e disse a ele, sem mesmo ter dito oi ainda: "Obrigado. Resolvi completamente o problema". Uma análise do conceito de tempo era a minha solução. O tempo não pode ser absolutamente definido e existe uma inseparável relação entre tempo e velocidade. Com este novo conceito, pude resolver todas as dificuldades completamente pela primeira vez.

E então dentro de 5 semanas a Teoria da Relatividade Especial estava completa. Não tinha dúvida de que a nova teoria era razoável de um ponto de vista filosófico. E também achei que a nova teoria estava em acordo com o argumento de Mach. Contrariamente ao caso da Teoria da Relatividade Geral, em que o argumento de Mach foi incorporado, embora a análise de Mach tenha somente uma implicação indireta na Teoria Especial. Esta foi a maneira que a Teoria da Relatividade Especial foi criada.

Fonte: www.geocities.com

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