Teoria da Relatividade - Parte 1

A. Einstein

No inicio do século XX, Albert Einstein revolucionou o mundo com sua teoria da Relatividade Especial e nos mostrou que a realidade é totalmente diferente do que imaginávamos. Até então, a física Newtoniana reinava e todo o nosso entendimento do universo se baseava nos pilares da física clássica, a qual estabelece que o tempo e o espaço são estáticos, absolutos, e imutáveis. Até o final do século XIX, os físicos achavam ter descoberto quase tudo sobre o universo e que a ciência estava praticamente completa, porém, conforme fomos descobrindo mais sobre os fenômenos eletromagnéticos, as explicações da física clássica não eram suficientes para explicar tais fatos. Nesse mesmo período alguns cientistas estavam tentando descobrir a velocidade da luz e em seus experimentos eles descobriram algo que era impossível segundo as leis de Newton, a luz apresentava a mesma velocidade para TODOS os observadores. Para ficar mais claro, hoje sabemos que a luz se propaga no vácuo a aproximadamente 300.000 km/s. De acordo com as explicações clássicas, se um observador seguisse um feixe de luz a 10.000 km/s, ele veria a luz propagar-se a apenas 290.000 Km/s, isso porque, como ele está se movendo na mesma direção do feixe de luz, a diferença de velocidade entre eles deveria diminuir. Acontece que na natureza isso não se aplica, pois independente da velocidade que você se mova a luz continua se movendo a 300.000 Km/s em relação a você.

Em 1905, Albert Einstein propôs a Teoria da Relatividade, a qual, através de um raciocínio simples e genial, conseguiu solucionar esse problema. Como a velocidade é medida como uma distância percorrida em um certo tempo, se a distância e a velocidade se mantêm fixas nos cálculos, o único problema está no tempo. Então, Einstein propôs que pensássemos que o tempo pode se distorcer e fluir mais rápido ou mais devagar (é como se uma hora pudesse passar em um minuto ou vice-versa).A velocidade da luz NO VÁCUO é a mesma em qualquer sistema de referência inercial. Este é um dos dois postulados da Teoria da Relatividade e sendo um POSTULADO, este enunciado não pode ser demonstrado nesta teoria. Portanto, o fato da velocidade da luz não depender da velocidade da fonte é apenas uma das circunstâncias em que tal invariância ocorre (é uma consequência das equações do campo eletromagnético de Maxwell). Adotando essa concepção, quanto mais rápido alguém se move, mais devagar o tempo passa para essa pessoa, ou seja, De uma forma mais teórica, segundo essa teoria o tempo estaria diretamente ligado ao espaço e a passagem desse seria consequência da maneira como um corpo interage com o espaço. Dessa forma, fica difícil separar tempo e espaço, pois toda análise deve ser feita observando essa relação (por isso denominamos espaço-tempo).

Complementando esse raciocínio, Einstein propôs que a energia de um corpo depende de sua massa e assim criou a famosa equação E=mc² (sendo c, a velocidade da luz; m a massa do corpo e E a energia). Essa equação nos diz que a massa pode ser convertida em energia, e vice-versa. Acontece que ela também nos mostra algo bem estranho, pois, quando se aumenta a energia de um corpo, também aumentamos sua massa (m=E/c²). Como energia pode ser expressa de várias maneiras, podemos concluir que um trabalho (variação da energia) altera a massa de um corpo. Por exemplo, se aumentarmos a energia cinética de um objeto, esse aumenta sua massa devido à conversão de energia em massa. Seguindo esse raciocínio, conforme aceleramos um corpo ele adquire energia cinética e com isso aumenta sua massa. Como a massa desse corpo aumentou, agora precisamos de mais energia para continuar acelerando. Acontece que esse aumento é exponencial e sua assíntota é a velocidade da luz. Para resumir, assíntota é uma forma de gráfico curvo na qual no desenvolver da função os valores tendem a chegar a um valor específico, porém nunca chega a adotar esse valor. Neste caso, se movermos um corpo a 99% da velocidade da luz, sua massa se torna muito alta e, se o movermos a 99,9%, sua massa aumenta exorbitadamente.  Por isso, quanto mais aumentamos a velocidade, mais energia precisamos para continuar acelerando esse corpo. Como a massa do corpo tende a infinito seria necessária uma energia infinita para continuarmos acelerando esse corpo (e como não podemos fornecer uma energia infinita) é impossível alcançar a velocidade da luz com um corpo massivo. A luz só viaja a essa velocidade porque é composta de fótons que são partículas de massa ZERO, sendo que essa massa é sempre zero independente da energia acrescentada a ele. Como a luz se move sempre à mesma velocidade e nenhum corpo com massa pode atingir essa velocidade, Einstein propôs que essa seria a velocidade máxima no universo, esse fato é devido à maneira como os corpos interagem com o espaço.

Em resumo, a teoria da relatividade quebra os princípios da física clássica dizendo que o tempo e o espaço não são absolutos e, sim, uma consequência da maneira como um corpo interage com o espaço. Além disso, mostra que, a massa e a energia podem ser transformadas uma na outra e que o universo possui uma velocidade máxima. Essa teoria já foi testada centenas de vezes e comprovada e graças a ela temos os GPS’s e tecnologias de comunicação tão precisas. 

  Veja também a Teoria da Relatividade Parte 2  

Fonte: Wikipedia, o livro "The Science Of Interstellar"- de Kip Thorne, e livro: Breve Historia de Quase Tudo - Bill Bryson,Centro de referência para estudo de física da UFRGS & Scienceworld.