A Velocidade-limite anula o caráter absoluto do Espaço e do Tempo. Einstein Reconciliou o eletromagnetismo e a mecânica em sua teoria da relatividade restrita. Vamos ver a Relatividade especial e o que Ela acarretou?

Continuando o texto sobre Einstein…

Relatividade especial e o que Ela acarretou? Quais foram as consequências?

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 Isaac 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 consequências

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 consequências 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.

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Abraços do Benito Pepe

Bibliografia

SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL, Gênios da Ciência – Einstein.

ENCICLOPÉDIA, Barsa. Rio de Janeiro – São Paulo: Encyclopaedia Britannica do Brasil Publicações.