A Teoria da Relatividade de Einstein
Introdução
Na Física Clássica (a de Newton) os conceitos "massa" e "energia" são formalmente distintos.A conservação da massa e da energia (separadamente) para além da conservação do momento linear, constituem os princípios básicos na Mecânica Clássica.Em Relatividade a situação é diferente. Foi Albert Einstein quem, com base em resultados a que antes havia chegado, mostrou que se um corpo cede uma quantidade de energia sob a forma de luz, a sua massa diminui de E/c2 ("Annalen der Physik", Novembro 1905).Posteriormente, Einstein enunciou a lei geral segundo a qual se um corpo cede ou absorve uma quantidade de energia E sob qualquer forma ele perde ou ganha uma quantidade de massa dada por E/c2. Contudo, a sua famosa relação E = mc2 aparece em toda a sua plenitude (em 1905 Einstein afirma unicamente que "a energia tem massa") em 1907 no Jahrbuch der Radioaktivitat. Mais que uma simples subtileza teórica, a relação E = mc2 passava a ser efectivamente a descrição quantitativa da mudança revolucionária operada nos conceitos de massa e energia. Curiosamente, Einstein não advogava que a sua teoria fosse chamada "da relatvidade", tendo sugerido o termo "da invariância", que evidenciaria melhor a ocarácter imutável da velocidade da luz.Esta equivalência entre energia e massa teria, à semelhança de outras conclusões a que a Teoria da Relatividade conduziu, uma brilhante confirmação experimental.
O Princípio da Relatividade
O Princípio da Relatividade
O Princípio da Relatividade baseia-se num facto simples: sempre que discutimos rapidez e velocidade (a rapidez do objecto e a direcção em que se move) temos de definir com exactidão quem ou o quê está a fazer medições. Para melhor compreender este princípio vamos recorrer a um exemplo:Imagine que adormeceu no comboio e que, no momento em que acorda, o "seu" comboio está a passar por outro que se desloca em carris paralelos. Com a sua vista da janela bloqueada pelo outro comboio, impedindo-o de ver outros objectos, pode, temporariamente, não ter a certeza se o seu comboio se está a mover, se o outro comboio se está a mover ou se ambos se estão a mover. Considerando, claro, que o seu comboio se move suavemente, sem saltos e abanões.A seguir, imagine que, ainda dentro deste comboio, fecha as cortinas de forma a tapar completamente a janela. Assim, não terá qualquer meio de determinar o seu estado de movimento. À sua volta, o interior do comboio terá precisamente o mesmo aspecto, quer esteja parado quer se desloque a alta velocidade. Não lhe é possível determinar seja o qur for relativamente ao seu estado de movimento sem fazer comparações directas ou indirectas com objectos "exteriores".Verifica-se o Princípio da Relatividade, pois o movimento livre de forças é relativo - ele tem significado apenas quando comparado com outros objectos ou indivíduos que também se encontrem em movimento livre de forças.Não existe uma noção absoluta de movimento com velocidade constante; somente comparações têm significado físico.
A Teoria da Relatividade Restrita
De acordo com a Física Clássica, medidas laboratoriais de processos mecânicos nunca podiam mostrar diferenças entre um equipamento em repouso e um outro que estivesse em movimento com velocidade constante em linha recta: o princípio da relatividade. De acordo com a Teoria Electromagnética de Maxwell (refinada por Lorentz) a luz não devia obedecer a este princípio, devendo mostrar o efeito do movimento. No entanto, isso não se verificava. Einstein, na sua Teoria da Relatividade Restrita, estendeu o princípio da relatividade à teoria electromagnética, propondo que a velocidade da luz é constante, ou seja, a sua velocidade é sempre a mesma para qualquer observador em movimento ou não. A Teoria da Relatividade Restrita é baseada em dois postulados:
Todas as leis da Mecânica e Electrodinâmica se aplicam em qualquer referencial inercial. Num quarto sem janelas não podemos saber se nos estamos a mover com velocidade constante sem olhar lá para fora. Todas as experiências que possamos fazer darão o mesmo resultado nos dois casos, mesmo que envolvam a luz.
A velocidade da luz é independente da velocidade da fonte. A velocidade de uma fonte de luz não se adiciona à da luz. Einstein foi capaz de mostrar que esta assumpção é perfeitamente consistente desde que estejamos preparados para desistir da natureza absoluta do espaço e do tempo. Antes de Einstein assumia-se que dois relógios idênticos de dois observadores quaisquer podiam ser sincronizados de modo a estarem sempre de acordo. Mas, de facto, segundo a teoria da relatividade, o tempo é relativo. A Teoria da Relatividade Restrita sustenta que dois observadores em movimento relativo têm percepções diferentes da distância e do tempo. Ou seja, se estes observadores em movimento relativo usarem relógios de pulso idênticos, estes trabalharão a ritmos diferentes e, logo, a sua medição do tempo decorrido entre dois acontecimentos não irá coincidir.A relatividade restrita restrita demonstra que esta afirmação não é comprometedora para a precisão dos relógios porque se aplica ao tempo.Assim, se os observadores transportassem fitas métricas iguais, também não deverá ser atribuído a erro de medição o facto de a distância medida não coincidir.Os cientistas utilizaram os instrumentos de medida mais precisos concebidos até à data para confirmar que o espaço e o tempo - medidos como distâncias e intevalos de tempo - não são sentidos da mesma forma por todos os observadores.A relatividade restrita veio resolver o conflito entre a nossa intuição do movimento e as propriedades da luz. O facto é que os seus efeitos dependem da velocidade a que nos movemos e às velocidades por nós atingidas (mesmo a dos vaivéns espaciais) os efeitos da relatividade restrita são mínimos.
Verificação experimental da Teoria da Relatividade Geral
Todas as leis da Mecânica e Electrodinâmica se aplicam em qualquer referencial inercial. Num quarto sem janelas não podemos saber se nos estamos a mover com velocidade constante sem olhar lá para fora. Todas as experiências que possamos fazer darão o mesmo resultado nos dois casos, mesmo que envolvam a luz.
A velocidade da luz é independente da velocidade da fonte. A velocidade de uma fonte de luz não se adiciona à da luz. Einstein foi capaz de mostrar que esta assumpção é perfeitamente consistente desde que estejamos preparados para desistir da natureza absoluta do espaço e do tempo. Antes de Einstein assumia-se que dois relógios idênticos de dois observadores quaisquer podiam ser sincronizados de modo a estarem sempre de acordo. Mas, de facto, segundo a teoria da relatividade, o tempo é relativo. A Teoria da Relatividade Restrita sustenta que dois observadores em movimento relativo têm percepções diferentes da distância e do tempo. Ou seja, se estes observadores em movimento relativo usarem relógios de pulso idênticos, estes trabalharão a ritmos diferentes e, logo, a sua medição do tempo decorrido entre dois acontecimentos não irá coincidir.A relatividade restrita restrita demonstra que esta afirmação não é comprometedora para a precisão dos relógios porque se aplica ao tempo.Assim, se os observadores transportassem fitas métricas iguais, também não deverá ser atribuído a erro de medição o facto de a distância medida não coincidir.Os cientistas utilizaram os instrumentos de medida mais precisos concebidos até à data para confirmar que o espaço e o tempo - medidos como distâncias e intevalos de tempo - não são sentidos da mesma forma por todos os observadores.A relatividade restrita veio resolver o conflito entre a nossa intuição do movimento e as propriedades da luz. O facto é que os seus efeitos dependem da velocidade a que nos movemos e às velocidades por nós atingidas (mesmo a dos vaivéns espaciais) os efeitos da relatividade restrita são mínimos.
Verificação experimental da Teoria da Relatividade Geral
O verdadeiro teste de uma teoria física é a sua capacidade de explicar e prever os fenómenos físicos de uma forma correcta. Mas os desvios entre a relatividade geral de Einstein - a teoria da gravidade compatível com a relatividade restrita - e a teoria da gravidade de Newton são muito pequenos na maior parte das situações comuns. O que torna difícil dicidir entre as duas teorias do ponto de vista experimental. A distinção entre a teoria de Newton e a de Einstein implica medições extremamente precisas em experiências concebidas de modo a serem sensíveis aos pormenores em que as duas teorias diferem. Ou seja, o lançamento de uma bola em condições "normais" não constitui uma experiência adequada. Mas Einstein propôs uma experiência que serve este propósito.A experiência proposta por Einstein remete-nos para um eclipse lunar, durante o qual a Lua oculta momentaneamente a luz solar (que, no entanto, continua a ter algum efeito) e as estrelas distantes se tornam visíveis.A Teoria da Relatividade Geral de Einstein prevê que o Sol causará uma deformação no espaço e no tempo que o cercam e que essa distorção irá influenciar o caminho seguido pela luz das estrelas visíveis aquando do eclipse.O desvio será maior para os sinais de luz (constituidos por fotões) que passam mais perto do Sol no seu percurso até ao observador, na Terra. O eclipse solar permite observar esta luz sem que ela seja completamente ofuscada pela luz solar.O ângulo com que o caminho da luz é desviado pode ser medido de forma simples, pois resulta numa translação da posição aparente da estrela. Esta translação pode ser medida comparando-se a sua posição aparente com a sua posição real, conhecida através de observações da mesma estrela efectuadas à noite, sem a influência luminosa do Sol e quando, cerca de seis meses antes (ou depois) do eclipse a Terra se encontrava numa posição adequada. Esta hipótese foi testada na Ilha do Príncipe (no arquipélago de S.Tomé e Príncipe), por uma expedição de astrónomos, durante o eclipse de 29 de Maio de 1919.A 6 de Novembro de 1919, após cerca de cinco meses de análises das fotografias obtidas durante o eclipse (no Príncipe e no Brasil), uma reunião conjunta da Royal Astronomical Society e da Royal Society anunciou que a previsão de Einstein baseada na relatividade geral tinha sido confirmada.
Bibliografia e sugestões de consulta
http://www.newgenevacenter.org/biography/einstein2.htm http://www.malhatlantica.pt/luisperna/einstein.htm
http://www.nobelprize.org/physics/laureates/1921/einstein-bio.html
- Gribbin, John; White, Michael, Einstein , Principia.
- Carvalho, Daniel Duarte De, Albert Einstein e a Experiência do Conhecimento em Física, Campo das Letras.
- Parker, Barry, A Descoberta de Einstein - A Relatividade Relativamente Fácil, Edições 70.
- Einstein, Albert, O Significado da Relatividade, Gradiva Publicações.- Rodrigues, João Manuel Resina, Introdução à Teoria da Relatividade Restrita, IST Press.
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