O que é Teoria da Relatividade para Leigos

A Teoria da Relatividade Especial revolucionou literalmente o mundo da física e mudou completamente a compreensão geralmente aceita do mundo ao nosso redor.

Muitos físicos ainda estão envolvidos em discussões acaloradas relacionadas à Teoria da Relatividade. Neste material tentarei explicar o mais claramente possível o que é esta Teoria da Relatividade.

Teoria da Relatividade Especial e Geral

Já em 1905, o grande físico Albert Einstein publicou seu trabalho intitulado Teoria Especial da Relatividade (doravante denominada SRT), no qual uma explicação de como descrever o movimento entre vários referenciais inerciais ou, mais simplesmente, objetos, que se movem em relação uns aos outros com um certo Rapidez.

Em seu trabalho, o cientista disse que durante o movimento de dois objetos em uma velocidade fixa, é necessário estudar seu movimento em relação ao outro, e não tomar um dos objetos como um sistema absoluto contagem regressiva.

Simplificando, se os astronautas convencionais voam em uma espaçonave, e você e seu parceiro em outra, então por para comparar suas observações, a única coisa que você precisa saber é a velocidade em relação à outra amigo.

Teoria da relatividade especial

Esta é uma subseção única que estuda um caso exclusivamente especial (por isso é chamado assim), em que o movimento é uniforme e retilíneo.

No caso de um objeto material ser acelerado ou se mover em um arco, então CEM não se aplica. Neste caso, já é usado Relatividade geral (Teoria geral da relatividade), descrevendo o movimento dos corpos em todos os outros casos.

Toda a Teoria de Einstein é baseada nos seguintes postulados principais:

1. O princípio da relatividade. Segundo ele, todas as leis físicas atuam até mesmo sobre objetos que são referenciais inerciais (movem-se em relação uns aos outros a uma velocidade fixa).
2. O princípio da velocidade da luz. A velocidade da luz é a mesma para absolutamente todos os objetos, e não importa a que velocidade os objetos materiais se movem em relação à fonte de luz.

Pesquisas Ether e dados experimentais

No final do século 19, os cientistas da época buscavam ativamente o chamado éter - o meio onde, segundo suas idéias, as ondas de luz deveriam ter se propagado. Ao mesmo tempo, uma analogia com as ondas sonoras foi considerada, e elas precisam de um determinado meio de propagação.

Como resultado disso, houve a convicção de que a velocidade da luz mudará dependendo da velocidade do observador em relação ao éter.

Einstein, ao contrário de seus colegas, decidiu confiar nos resultados dos experimentos e rejeitou a teoria do éter como insustentável, e apresentou sua suposição com base na obtida experimentalmente dados.

E ele concluiu que todas as leis físicas, como a velocidade da luz, são constantes e de forma alguma dependem da velocidade do próprio observador.

Homogeneidade de espaço e tempo

Portanto, de acordo com a SRT, existe uma conexão imutável entre o espaço e o tempo. Todos nós sabemos perfeitamente bem que nosso Universo tem três dimensões espaciais:

Para baixo e para cima, esquerda e direita e para frente e para trás. A este trio imutável, a chamada dimensão de tempo também é adicionada, e agora essas quatro dimensões são a base de nosso continuum espaço-tempo.

Então, se você se move em grande velocidade, especificamente suas observações sobre o tempo e espaço será significativamente diferente das observações de outros observadores que se movem com significativamente menos Rapidez. É difícil, agora vou explicar com um exemplo simples.

Então, imagine duas espaçonaves. Em um está você e está segurando um apontador laser. Você o liga e aponta em um ângulo reto para um espelho localizado no teto, e observa como ele (o feixe de laser), refletido verticalmente para baixo, cai no chão.

Agora imagine que é a sua nave que está se movendo a uma tremenda velocidade de metade da velocidade da luz. Portanto, de acordo com a teoria especial de Einstein, essa velocidade será absolutamente invisível para você.

Mas para os observadores na segunda espaçonave, que está em repouso, observando seu experimento com um laser, eles verão uma imagem completamente diferente, a saber:

Um observador externo verá que o feixe que você emite se moverá diagonalmente em direção ao espelho (e não sob uma direção ângulo como no seu caso), então refletido de sua superfície, ele também irá diagonalmente para o chão e cairá ele.

Em outras palavras, a trajetória do feixe de laser será diferente para você e para um observador externo. Isso significa que o tempo que leva para o feixe viajar em distâncias diferentes também será diferente.

Este fenômeno é conhecido como dilatação do tempo, ou seja, o tempo em sua nave, movendo-se em grande velocidade, irá fluir muito mais devagar do que para observadores externos.

Este experimento mental mostra que existe uma conexão inextricável entre espaço e tempo. Essa conexão pode ser vista claramente apenas quando se trata de velocidades próximas à velocidade da luz.

Combinando massa e energia

Além disso, o grande cientista derivou uma fórmula segundo a qual massa e energia têm uma conexão inextricável:

Assim, de acordo com a teoria do grande físico, quando a velocidade de um objeto feito de matéria se aproxima da velocidade da luz, sua massa aumenta. Em outras palavras, quanto maior a velocidade de um objeto, maior seu peso, o que significa que fica cada vez mais difícil dispersá-lo.

Portanto, quando um objeto material atinge a velocidade da luz, sua massa será igual ao infinito.

Portanto, quanto mais pesado o corpo, mais energia é necessária para acelerá-lo, e para acelerar um corpo com massa infinita, uma quantidade infinita de energia é necessária.

Disto se segue que, para objetos materiais, a velocidade da luz é inatingível em princípio.

Antes desta teoria, ninguém viu uma conexão óbvia entre energia e massa e foi Einstein quem provou que a lei de conservação de energia e a lei de conservação de massa são partes de uma lei geral massa-energia.

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