Quem é o autor da teoria da relatividade

   No início do século XX, houve uma grande revolução em toda a Física, a qual mudou a maneira de ver fenômenos em escalas extremas [1]. Uma dessas grandes mudanças veio com a teoria da relatividade especial e geral, de Albert Einstein. Essas teorias apontam um erro na transformação de coordenadas de Galileu (para velocidade comparáveis a da luz) trazem consigo o ajuste correto das equações. Além disso, elas conduzem a fenômenos que fogem do cotidiano [1].

   Na mecânica newtoniana, acreditava-se que o tempo era absoluto, isto é, em todos os sistemas de referência, a passagem do tempo seria igual. Isso leva ao conceito da invariância de Galileu, que afirma que as leis da mecânica são inalteráveis, no tempo, pela mudança de coordenadas, se estas forem sistemas inerciais [1,2].

   O problema na transformação de coordenadas é que, quando se estuda movimentos comparáveis com a velocidade da luz, a mecânica newtoniana começa a apresentar falhas, quando comparada a observações experimentais. Um exemplo que confirma isso é o experimento de Michelson-Morley, que foi uma tentativa de medir a velocidade relativa da Terra em relação ao éter, um elemento hipotético que permeava o Universo [1-4].

   Em um estudo sobre Eletromagnetismo de Maxwell, Einstein percebeu que as equações não obedeciam à transformação de Galileu para as coordenadas. Nessa transformação, as equações do Eletromagnetismo não são covariantes. Então, no seu artigo Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento, publicado em 1905, Einstein propôs a teoria da relatividade especial, a qual resolve, também, a questão do experimento de Michelson-Morley, assim como a covariância dos fenômenos eletromagnéticos [1,4].

   Essa teoria foi baseada em dois postulados: “as leis da física são as mesmas em qualquer sistema de referência” e “a velocidade da luz, no vácuo, é a mesma independente do movimento relativo do observador”. Uma das implicações desses postulados é que o tempo não é absoluto, mas depende da velocidade relativa em que o sistema/observador se move. Assim, quanto maior a velocidade relativa, mais lenta será a passagem do tempo. Dessa maneira, não se trata o tempo e o espaço separadamente, mas como se fossem um só, como uma malha contínua de espaço-tempo [1, 4, 5].

   Ainda falando sobre a teoria da relatividade, mas agora da geral. Esta é uma ampliação da teoria da relatividade especial para sistemas acelerados [5]. Para Einstein, fazer experimentos em um campo gravitacional uniforme ou em um elevador (distante de qualquer outro corpo que viesse a exercer alguma força sobre o elevador) sofrendo uma aceleração uniforme propiciarão resultados iguais. Esse é o princípio da equivalência [1, 4].

   Considere, assim, como um primeiro exemplo, um disco fixo, girando em velocidade constante. Apesar de estar rotacionando com velocidade uniforme, trata-se de um movimento acelerado. A primeira observação a fazer é que nas bordas do disco a velocidade é maior que no centro (pois este está fixo, logo não se move), assim como a aceleração centrífuga [1, 2].

   Se considerarmos as consequências da relatividade especial, a conclusão é que nas bordas,o tempo passa mais devagar do que no centro. Estendendo a conclusão, a relatividade geral informa que um sistema onde a aceleração e, assim o campo gravitacional, é mais intensa, o tempo passa mais lentamente. Assim, num campo de forças, o tecido do espaço-tempo sofre curvaturas [1].

   Fenômenos muito estranhos são derivados da relatividade geral. Um exemplo é quando se considera uma estrela, perfeitamente esférica, que ocupe uma região pequena, o campo gravitacional torna-se tão intenso, que nem a luz escapa, ou seja, trata-se de um buraco negro. Essa é uma solução das equações da relatividade geral, conhecida como solução de Schwarzschield, obtida por Karl Schwarzschield. Outro resultado interessante é que, o tamanho do Universo muda com o tempo e, atualmente, encontra-se em expansão. Se regredir a escala de tempo, isto é, considerar tempos mais primitivos, as equações da relatividade geral mostrarão o Universo em uma alta temperatura, concentrado em um ponto [1].

   Apesar de fazer previsões sobre a existência de buracos negros e a origem do Universo, quando as equações da relatividade geral são aplicadas nessas situações extremas, elas falham. A busca em adaptar a teoria da relatividade de modo que ela seja compatível com a mecânica quântica é um dos grandes desafios do século XXI [1].

Texto por: Leonardo Raphael Otto de Rocco

Referências

[1] GREENE, B. O Universo Elegante: supercordas, dimensões ocultas e a busca da teoria definitiva. Companhia das letras, ed. 15, 2001.

[2] EINSTEIN, A. A Teoria da Relatividade: sobre a teoria da relatividade restrita e geral. L&PM Pocket, 2015.

[3] KILHIAN, K. As Limitações da Mecânica Newtoniana e a Teoria da Relatividade. Disponível em: https://cutt.ly/zl6hgJz. Acessado em: 04/03/2021.

[4] THORTON, S., MARION, J. B.. Dinâmica Clássica de partículas e sistemas. Cengage, ed.5, 2018.

[5] GOUVEIA, R. Teoria da Relatividade. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/teoria-da-relatividade-2/. Acessado em: 03/03/2021.

Referência da imagem

https://sprace.org.br/index.php/ondas-gravitacionais-sao-afetadas-pela-gravidade/.

Quem é o autor da relatividade?

Quem é considerado o pai da relatividade?

O que diz o princípio da relatividade?

Quem estudou a relatividade?