Enzo Rocha Fotografia: Princípio da Relatividade

Definição

O princípio da relatividade é o princípio de que apenas o movimento de objetos em relação um ao outro pode ser medido e de que não existe um quadro de referência absoluto.

O princípio da relatividade é uma lei universal que declara que as leis da mecânica não são afetadas por um movimento retilíneo uniforme do sistema de coordenadas a que se referem

Em Física, qual é o Princípio da Relatividade?

O princípio da relatividade sustenta que as leis da física funcionarão da mesma maneira em condições semelhantes, independentemente da localização ou velocidade de um observador.

O princípio da relatividade não deve ser confundido com as teorias da relatividade geral ou especial, embora essas teorias usem o princípio como base.

Essas teorias foram desenvolvidas no século XX; o princípio da relatividade foi entendido muito antes e ilustrado por Galileu em um famoso exemplo conhecido como “navio de Galileu”.

A aplicação de Einstein do princípio da relatividade à luz levou a suas teorias de relatividade inovadoras.

Durante séculos, a ciência foi restringida pelo modelo ptolemaico do universo, no qual se acreditava que todas as estrelas e corpos planetários orbitam a Terra.

Copérnico percebeu nos anos 1500 que o sol era um corpo central mais provável, mas essa crença foi contestada por autoridades religiosas e científicas. Eles argumentaram que, se a Terra estivesse em movimento, isso criaria efeitos que os humanos poderiam observar. Por exemplo, um objeto derrubado de um edifício aterrissaria em algum lugar a oeste do edifício, porque o planeta girara para o leste durante o tempo em que o objeto estava caindo.

Galileu, escrevendo em 1632, refutou esse argumento com o eloquente experimento mental “O navio de Galileu”. Neste exemplo, as pessoas que viajam em mar calmo em um navio veloz não seriam capazes de saber se o navio estava em movimento ou em repouso se estivesse dentro de uma cabine sem janelas. Quaisquer objetos na cabine, incluindo insetos voadores, peixe em uma tigela e uma bola lançada, se moveriam da mesma forma, independentemente do movimento externo do navio. Em outras palavras, seu movimento seria relativo ao ambiente, não a fatores externos. O mesmo princípio se aplica à Terra, e é por isso que as pessoas não são derrubadas pela força da rotação do planeta.

Sir Isaac Newton, trabalhando no final do mesmo século, aplicou o princípio da relatividade a outros corpos planetários e à mecânica do movimento em geral. Isso o ajudou a formar suas próprias teorias, que se tornaram a base de grande parte da ciência moderna. Ao longo dos séculos, a progressão da ciência geralmente se afastou da idéia reconfortante de que existe algum ponto de referência estável e imutável, a partir do qual todas as coisas podem ser medidas. Em vez disso, a ciência provou repetidamente que não há ponto de referência “fixo”; tudo deve ser medido em relação a outra coisa.

Qual é a teoria da relatividade?

Não existe “teoria da relatividade” – apenas duas teorias que ocasionalmente caem sob o mesmo designador – a teoria da relatividade especial e a teoria da relatividade geral.

Ambas foram criadas pelo famoso físico Albert Einstein entre 1905 e 1915. Ambas as teorias elevaram a mecânica clássica de Newton, que havia sido mantida há séculos antes.

A teoria especial da relatividade é uma teoria da estrutura do espaço-tempo, que afirma que:

1) as leis da física são as mesmas para todos os observadores em movimento uniforme entre si e

2) a velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os observadores todos os observadores, independentemente do movimento da fonte de luz. Isso leva a consequências bizarras. Por exemplo, imagine mover-se em um trem que percorre 160 km/h ao lado de outro trem que se move na mesma direção a 160 km/h. Na sua perspectiva, o trem ao seu lado parece quase parado.

Mas imagine estar em um trem se movendo na velocidade da luz, ao lado de um feixe de luz. Em vez de o feixe de luz parecer parado, ele se move à sua frente na velocidade da luz. A luz é estranha assim.

Várias das consequências que se seguem da teoria especial da relatividade são:

1) dilatação do tempo (relógios se movendo perto da velocidade da luz operam mais lentamente que relógios estacionários);

2) contração do comprimento (objetos que se movem perto da velocidade da luz parecem estar contraídos) a direção do movimento),

3) a relatividade da simultaneidade (coisas que parecem acontecer ao mesmo tempo para o observador fixo A podem parecer acontecer em momentos diferentes para o observador em movimento B),

4) equivalência massa-energia (massa e energia são essencialmente a mesma coisa e transmutáveis entre si).

A teoria geral da relatividade, que foi concebida alguns anos após a teoria especial da relatividade, é uma teoria de como a gravidade funciona. Inicialmente, foi baseado no princípio da equivalência, a ideia de que a aceleração e a parada em um campo gravitacional de uma dada força são fisicamente idênticas.

Como nenhuma força especial é necessária para criar efeitos inerciais em um objeto em aceleração, Einstein propôs que deveríamos pensar da mesma maneira sobre a gravidade, abandonando a noção clássica de força gravitacional e, em vez disso, concebendo a gravidade como curvas no espaço-tempo. Isso explica fenômenos como o porquê da luz se curvar na presença de um campo gravitacional, mesmo sem a massa.

A teoria geral da relatividade fornece explicações e faz previsões que pareceriam ridículas na visão de mundo da mecânica clássica. Além da luz dobrar na presença de um campo gravitacional, ele prevê que o tempo passa mais lentamente na presença de um campo gravitacional, órbitas planetárias se precessam (mudança) devido ao torque exercido pelo campo gravitacional do Sol, ocorre o arrasto de quadros, pelo qual corpos em rotação “arrastam” a estrutura inercial do espaço-tempo circundante e que o universo está se expandindo, em alguns casos mais rápido que a velocidade da luz, porque é o próprio espaço que está se expandindo, e não objetos dentro dele.

Desvendar as implicações dessas teorias levou décadas e ainda está em andamento hoje. As teorias de Einstein eram tão avançadas que levaram décadas para testá-las e confirmá-las com grande precisão. Em retrospecto, as idéias de Einstein foram quase completamente validadas.

O que é Relatividade Geral?

A relatividade geral é uma teoria científica que descreve como a matéria, energia, tempo e espaço interagem. Foi publicado pela primeira vez por Albert Einstein em 1917 como uma extensão de sua teoria da relatividade especial.

A relatividade geral trata o espaço e o tempo como um único espaço-tempo quadridimensional unificado; sob relatividade geral, a matéria deforma a geometria do espaço-tempo, e as deformações do espaço-tempo fazem com que a matéria se mova, o que vemos como gravidade.

A suposição básica da relatividade geralé que as forças causadas pela gravidade e as forças causadas pela aceleração são equivalentes. Se uma caixa fechada está passando por aceleração, nenhum experimento realizado dentro da caixa pode dizer se a caixa está em repouso dentro de um campo gravitacional ou está sendo acelerada pelo espaço. Esse princípio, de que todas as leis físicas são iguais para observadores acelerados e observadores em um campo gravitacional, é conhecido como princípio de equivalência; foi testado experimentalmente com mais de doze casas decimais de precisão.

A consequência mais importante do princípio da equivalência é que o espaço não pode ser euclidiano para todos os observadores. No espaço curvo, como uma folha deformada, as leis normais da geometria nem sempre são válidas. É possível no espaço curvo construir um triângulo cujos ângulos somam mais ou menos que 180 graus, ou desenhar duas linhas paralelas que se cruzam.

A relatividade especial se torna cada vez mais precisa à medida que a curvatura do espaço-tempo chega a zero; se o espaço-tempo é plano, as duas teorias se tornam idênticas.

Como a matéria curva o espaço é calculado usando as equações do campo de Einstein, que assumem a forma G = T; G descreve a curvatura do espaço, enquanto T descreve a distribuição da matéria.

Como o espaço é curvo, os objetos na relatividade geral nem sempre se movem em linhas retas, assim como uma bola não se move em uma linha reta se você a enrolar em um funil.

Um objeto em queda livre sempre seguirá o caminho mais curto do ponto A ao ponto B, que não é necessariamente uma linha reta; a linha que viaja é conhecida como geodésica.

Vemos os desvios das linhas retas como a influência da “gravidade” – a Terra não se move em linha reta porque o Sol distorce o espaço-tempo nas proximidades da Terra, fazendo-o se mover em uma órbita elíptica.

Como as forças gravitacionais e as forças aceleracionais são totalmente equivalentes, todos os efeitos em um objeto em movimento rápido na relatividade especial também se aplicam a objetos nas profundezas dos campos gravitacionais.

Um objeto próximo a uma fonte de gravidade emitirá luz deslocada com Doppler, como se estivesse se afastando rapidamente.

Objetos próximos a fontes gravitacionais também parecerão ter um tempo mais lento e qualquer luz recebida será dobrada pelo campo. Isso pode fazer com que uma fonte de gravidade forte incline a luz como uma lente, colocando objetos distantes em foco; esse fenômeno é freqüentemente encontrado na astronomia do céu profundo, onde uma galáxia inclina a luz de outra para que várias imagens apareçam.

O princípio da relatividade foi explicado por Galileu em 1632