2 de dez de 2015

A Teoria da Relatividade Restrita ou Especial


Embora ao mencionarmos a Teoria da Relatividade Restrita imediatamente surge-nos o nome de Albert Einstein, convém-nos perceber que ela é fruto de grandes esforços de outros brilhantes cientistas. Pode-se citar os nomes de Galileu Galilei, James Clerk Maxwell, Hendrich Hertz, Hendrik Antoon Lorentz, Albert Abrahan Michelson e por fim o "einstein",  Albert Einstein. Há muitos outros personagens nesta história.

Mesmo que Einstein tenha escrito os dois artigos que compõem a Teoria da Relatividade Restrita apenas em 1905, 10 anos antes, quando tinha apenas 16 anos de idade, ele já começava a pensar sobre a velocidade da luz, perguntando a sí mesmo o que veria se perseguisse um feixe de luz com a velocidade da própria luz. E sua dedução lógica foi de que ele observaria um feixe de luz como um campo eletromagnético espacialmente oscilatório e em repouso. Porém isso não poderia ocorrer, já que era o oposto do que previa as equações de Maxwell.

Seguindo a sua primeira pergunta, ele questiona-se o que é a luz. E obtém que é um movimento oscilatório de ondas eletromagnéticas. Pois então, uma pessoa que se deslocasse na velocidade da luz, veria a luz estacionária, e assim a onda simplesmente desapareceria. Assim ele encontra um impasse, de um lado a Mecânica Newtoniana, que permite o deslocamento na velocidade da luz, e de outro lado, as equações de Maxwell, que não admitem a luz estacionária.

Albert Einstein nunca foi um aluno brilhante na universidade em que estudou. Prova disso era a desconfiança que seus professores tinham nele.
Einstein sofreu muito para conseguir um cargo acadêmico razoável, o que ele conseguiu na carreira acadêmica até então, fora alguns cargos como professor substituto em algumas universidades. O pai dele chegou a pedir a um professor renomado um cargo de assistente de pesquisa para Albert, e não obteve sucesso. Era realmente muito frustrante para um jovem estudante recém formado.
Em 1902, Einstein se mudou para Berna, capital da Suíça, e começou a trabalhar como assistente de patentes no Instituto Suíço de Patentes. O seu trabalho consistia basicamente em analisar cada pedido de patentes, uma tarefa que para ele não era muito desgastante intelectualmente. Isso lhe deu tempo para pensar e questionar sobre como seria viajar junto da luz.

No ano do milagre de Einstein, como é conhecido o ano de 1905, ele publicou quatro artigos revolucionários. O primeiro se tratava do efeito fotoelétrico, o artigo mostrava que a luz vinha de uma partícula chamada fóton (o qual não será detalhado neste artigo, pois não é o objetivo do mesmo), o segundo artigo afirmava a existência do átomo, Albert Einstein descobriu que se tratava da consequência dos choques das moléculas do fluído com as partículas do pólen. Era a evidência experimental da existência dos átomos. Além disso, ele calculou o tamanho de átomos.
Em junho de 1905, Einstein finalmente publicou no periódico alemão, Anais de Física, cujo editor era nada mais que Max Planck, um artigo intitulado "Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento",  e 3 meses depois, no mesmo periódico, outro artigo: "A inércia de um corpo depende de seu conteúdo de energia?". Estes dois artigos servem de base para a sua Teoria revolucionária.

Alguns capítulos passados já havia sido falado que em 1905 Albert Einstein abordaria o conflito aparente entre a teoria eletromagnética e o princípio da relatividade. Pois bem, é no artigo "Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento" que ele aborda essa questão.
Einstein começou seu trabalho estabelecendo como base de sua teoria dois postulados fundamentais:

Postulado 1: Todas as leis da física assumem a mesma forma em todos os referenciais inerciais;
Postulado 2: Em qualquer referencial inercial, a velocidade da luz no vácuo c é sempre a mesma, seja emitida por um corpo em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme;

Neste artigo ele esclarece algumas coisas. No seu princípio da relatividade, Einstein se distancia enormemente do principio de relatividade de Galileu. Pois ele considera que não é preciso um referencial absoluto em relação a algum outro corpo para determinar se determinado objeto está em repouso ou em movimento. Entre vários corpos em movimento, podem-se considerar outros objetos em repouso ou em movimento.

O éter também foi descartado, pois não serviria mais como sistema preferencial, "(...) o conceito de um éter luminal como transportador de forças elétricas e magnéticas não cabe na teoria descrita aqui, pois campos eletromagnéticos são descritos agora não como estados de alguma substância, mas como entes que existem independentemente, análogos à 'matéria ponderável, tendo como ela em comum a característica da inércia." (Einstein, 1907).

Com este trabalho, Einstein deixou claro a ideia de que a velocidade da luz no vácuo é constante, mas também apresentou como uma constante universal, na qual nenhum corpo com massa poderia ser acelerado. Einstein imaginou que se um corpo viajasse na velocidade da luz, ele violaria o princípio da relatividade, pois a luz não seria mais vista como um movimento oscilatório de ondas, fazendo com que a velocidade se deslocasse.
Uma situação bastante curiosa proposta por Einstein seria a seguinte: se uma pessoa conseguisse viajar na velocidade luz, ele não veria a sua imagem num espelho, pois a luz não teria tempo para criar o reflexo. Assim a pessoa poderia comprovar que ela realmente estava na velocidade da luz.

Porém, ainda existe um problema, que podemos entender na seguinte situação: imagine uma pessoa parada em uma plataforma, e um trem passa diante dela, esta pessoa atira então um objeto, com velocidade V, em direção a este trem, com velocidade V'. A velocidade final do objeto, observada pela pessoa que está na plataforma seria W=V+V'. Agora imagine que esta pessoa tenha em mãos uma lanterna, e ela aponta a lanterna para o trem. Sendo assim a velocidade do feixe da lanterna para o observador seria W= c + V'.

Este problema seria impossível diante dos dois postulados que Einstein havia formulado. Então qual seria a saída para este problema? Albert então revolucionou novamente, e propôs se a velocidade da luz mantém-se inalterável em qualquer sistema de referência, algo deverá sofrer consequências dessa inalterabilidade. E este algo são o tempo e o espaço. Isso quer dizer que se alguém observasse um carro na velocidade da luz, o comprimento do carro se deformaria e o tempo dentro dele passaria mais lentamente em relação ao tempo para o observador. Ao calcular a velocidade da luz, os dois chegariam ao mesmo resultado. Porque se formos calcular a velocidade de um corpo, seria pela equação V= d/t. E se esse corpo estivesse na velocidade da luz, c, teríamos V=c, e se c é constante então, nesta equação, o deslocamento (d) e o espaço (t) se ajustariam para manter c constante.

Em resumo, a velocidade da luz é sempre constante, e o espaço e o tempo se ajustam para manter o valor c. E isso é totalmente o oposto do senso comum, já que nós nunca experimentamos velocidades tão altas como a da luz pois, uma vez que os sistemas inerciais que estamos acostumados (carros, motos) não desenvolvem a velocidade da luz e nem são ideias, isto é, não apresentam velocidade absolutamente uniforme.
Assim, não notamos a distorção do espaço e o do tempo, e concluímos, erroneamente, mas ao mesmo tempo corretamente, que o espaço e o tempo são absolutos.

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