Dois Postulados de Einstein

Física: Conceito e história — Por Jonas Floriano Gomes dos Santos em maio 1, 2011 as 12:32

Foi visto nos textos anteriores que o conceito de éter para explicar o fato de a luz solar sair do Sol e chegar a Terra, embora implicasse em vários problemas, não foi abandonado de imediato. Lorentz, acreditando na existência do éter, partiu de idéias totalmente novas e deduziu suas equações que explicavam totalmente o experimento de Michelson. Assim, é interessante apresentar as idéias básicas da teoria da relatividade especial de Einstein. Essas idéias partem do principio da não existência do éter como meio para propagação da luz.

Antes da teoria especial da relatividade (TER), existia apenas o principio da relatividade de Galileu. Tal princípio permite a comparação de dois sistemas mecânicos, um em repouso em relação a outro, ou um em movimento uniforme em relação ao outro. Esse princípio mostra que as leis da mecânica são as mesmas em qualquer referencial em movimento constante em relação a outro. Acontece que quando se trata de sistemas eletromagnéticos, tal como uma corrente elétrica passando por um fio, a relatividade de Galileu não funciona, ou seja, as leis do eletromagnetismo não são as mesmas em qualquer referencial em movimento uniforme. Como as leis da mecânica se conservam e as leis do eletromagnetismo não? Einstein tinha essa questão um dos seus objetivos principais.

Para resolver esse problema e para construir sua teoria, Einstein fez dois postulados, sendo um deles: Em todos os sistemas de coordenadas em que são válidas as equações da mecânica, também são igualmente válidas leis da óptica e do eletromagnetismo. Tal postulado diz que todas as leis da física são validas, não importando se o referencial está em repouso ou em movimento constante em relação a outro. A busca da maioria dos físicos é por uma teoria mais simétrica possível. Portanto, faz sentido dizer que todas as leis da física são igualmente transformadas.

Outro postulado feito por Einstein foi: A luz, no espaço vazio, se propaga sempre com uma velocidade determinada, independente do estado de movimento da fonte luminosa. Já esse postulado diz que a velocidade da luz é constante independente da fonte estar em repouso ou em movimento uniforme. Aparentemente esse postulado não tem consistência com a realidade, mas experimentalmente se mostra sua autenticidade.

Com esses dois postulados, Einstein construiu sua teoria da relatividade especial. Na teoria da relatividade de Galileu, tínhamos que a velocidade da luz, por exemplo, não era algo absoluto. À velocidade era válida sua soma em qualquer circunstancias, ou seja, se uma fonte luminosa se move com velocidade v, e lança um feixe de luz com velocidade c, então a velocidade do feixe de luz para um observador que está em repouso em relação à fonte seria v + c. Assim, o espaço e tempo nesta teoria são coisas absolutas que não dependem da velocidade da fonte.

Por outro lado, na teoria da relatividade especial de Einstein, a velocidade da luz não é relativa, tendo um valor bem determinado. Neste caso, se uma fonte está se movendo com uma velocidade v e emite um feixe de luz com velocidade c, temos que a velocidade para o mesmo observador em repouso será agora c, e não mais v + c. Isso não é o que nossa intuição nos levaria a pensar, porém é o que de fato ocorre experimentalmente.

Vemos assim que para termos uma velocidade da luz absoluta, é necessário que o espaço e o tempo não sejam mais absolutos, mas sim relativos, ou seja, dependa da velocidade do observador. Com isso, através de algumas contas, é possível mostrar que se um objeto se move com uma velocidade próxima a da luz em relação a um observador em repouso, o tempo para este objeto visto pelo observador, irá passar muito lentamente. Dizemos que o tempo foi dilatado. Seguindo o mesmo raciocínio, se mostra também que o espaço diminui na direção do movimento deste objeto, ou seja, se diz que o espaço se contrai. Está última conseqüência é usada para explicar o experimento de Michelson, sem ser necessária a introdução do éter.

A teoria da relatividade especial de fato foi algo totalmente novo na época em que foi publicada, 1905. Einstein afirma que não tinha conhecimento dos trabalhos de Lorentz sobre como resolver o problema do experimento de Michelson. Seu objetivo principal era que as leis da física tinham que ser validas em qualquer referencial em repouso ou em movimento uniforme. Einstein ganhou o premio Nobel não por essa teoria, mas sim por explicar o chamado efeito fotoelétrico.

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