Um Pouco Sobre a 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 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/.
, 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].
Matéria é extremamente mal escrita, percebemos que o autor utilizou péssimas fontes (a única razoável é o livro do próprio Einstein, porém, esse livro contém algumas imprecisões. O livro do Marion está ali só para encher linguiça já que ele não é um texto específico de relatividade).
Primeiro erro grave: as transformadas de Galileu não estão erradas. O que acontece é que o Eletromagnetismo não é covariante em Galileu e isso significa que poderíamos medir a velocidade absoluta da Terra por meio de experiências internas. O que os experimentos mostraram é que essa medida é impossível. Isso levou Poincaré a propor que o Princípio da Relatividade é uma lei Universal e que deveríamos achar um conjunto de transformações que deixem as equações da física (incluindo o Eletromagnetismo) covariantes. Foi justamente isso que Lorentz fez em 1904 e Poincaré em 1905. Não tem nada de errado com as transformações de Galileu.
A lei da Gravitação de Newton também não está errada. A Relatividade Geral não apresentou a forma correta (um erro gravíssimo, qualquer um que conheça o mínimo de epistemologia sabe que não se pode provar que uma equação é correta).
A experiência de M-M não provou a inexistência do éter. Inclusive o próprio Einstein a partir de 1920 voltou a defender a existência do éter. Em uma palestra chamada Éter e a Relatividade, Einstein declarou que “uma teoria da relatividade geral sem um éter é inconcebível”.
Se a velocidade é relativa, então a dilatação do tempo não pode ser um fenômeno absoluto. Mas o autor parece não ter entendido.
Outro problema, o exemplo do disco. A Relatividade Especial só pode ser aplicada a referências inerciais. Esse exemplo do disco é um erro grave e que muitos divulgadores cometem. Einstein nunca usou esse exemplo.
Outro problema é a maneira como autor tenta explicar curvatura do espaço-tempo misturando aceleração e tecido (que é uma péssima analogia).
Einstein nunca propôs que o espaço-tempo é contínuo. Isso foi proposto por Poincaré e Minkowski.