Teoria da Relatividade

O que é a Teoria da Relatividade?

Não existe uma “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 elaboradas pelo famoso físico Albert Einstein entre 1905 e 1915.

Ambas as teorias derrubaram a mecânica clássica de Newton, que se sustentou por séculos antes.

A teoria da relatividade especial 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 em relação ao outro e
2) a velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os observadores, independentemente de seu movimento ou movimento da fonte de luz. Isso leva a consequências bizarras. Por exemplo, imagine mover-se em um trem indo a 160 km/h ao lado de outro trem movendo-se na mesma direção a 160 km/h. De sua perspectiva, o trem próximo a você parece quase parado.

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

Várias das consequências que decorrem da teoria da relatividade especial são:

1) dilatação do tempo (relógios que se movem perto da velocidade da luz operam mais lentamente do que relógios estacionários),
2) contração do comprimento (objetos que se movem perto da velocidade da luz parecem estar contraídos em a direção do movimento),
3) relatividade da simultaneidade (coisas que parecem acontecer ao mesmo tempo para o observador estacionário 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).

O físico Albert Einstein desenvolveu as teorias da relatividade especial e da relatividade geral

A teoria da relatividade geral, que foi concebida alguns anos depois da teoria da relatividade especial, é uma teoria de como a gravidade funciona. Foi inicialmente baseado no princípio da equivalência, a ideia de que a aceleração e a permanência em um campo gravitacional de uma determinada força são fisicamente idênticos.

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, renunciando à noção clássica de força gravitacional e, em vez disso, concebendo a gravidade como curvas no espaço-tempo. Isso explica fenômenos como por que a luz se curva na presença de um campo gravitacional, embora não tenha massa.

A teoria geral da relatividade ilustra como a gravidade faz com que a luz se curve

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

Desvendar as implicações dessas teorias levou décadas e ainda está em andamento hoje. As teorias de Einstein eram tão inovadoras que foram necessárias décadas para testá-las e confirmá-las com grande precisão.

Em retrospectiva, as ideias de Einstein foram quase totalmente validadas.

Teoria da Relatividade – Albert Einstein

A Teoria da Relatividade, proposta pelo físico israelita Albert Einstein (1879-1955) no início do século 20, é um dos avanços científicos mais significativos do nosso tempo.

Embora o conceito de relatividade não foi introduzido por Einstein, a sua grande contribuição foi o reconhecimento de que a velocidade da luz no vácuo é constante e um limite físico para o movimento absoluto.

Isto não tem um grande impacto na vida do dia-a-dia de uma pessoa, uma vez que viajar a velocidades muito mais lentas do que a velocidade da luz. Para objetos que viajam perto da velocidade da luz, no entanto, a teoria da relatividade afirma que os objetos se moverão mais lento e diminuir em comprimento do ponto de vista de um observador na Terra. Einstein derivou também da famosa equação E = mc2, o que revela a equivalência de massa e energia.

Quando Einstein aplicou sua teoria de campos gravitacionais, ele derivou a “curva contínua espaço-tempo” que retrata as dimensões de espaço e tempo como uma superfície bidimensional, onde objetos maciços criar vales e depressões na superfície.

Este aspecto da relatividade explicou os fenômenos de flexão luz ao redor do sol, previu buracos negros, bem como a Radiação Cósmica de Fundo (CMB) – uma descoberta tornando anormalidades fundamentais na hipótese clássica de estado estacionário. Por seu trabalho sobre a relatividade, o efeito fotoelétrico e radiação de corpo negro, Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1921.

Teoria da Relatividade – O Básico

Os físicos normalmente dicotomizam a Teoria da Relatividade em duas partes:

A primeira é a teoria da relatividade especial, que essencialmente lida com a questão de saber se o descanso e movimento são relativo ou absoluto, e com as consequências da conjectura de Einstein de que eles são relativos.

A segunda é a Teoria Geral da Relatividade, que se aplica principalmente para partículas como eles acelerar, especialmente devido à gravitação, e age como uma revisão radical da teoria de Newton, a previsão de novas e importantes resultados para fast-moving e/ou corpos de grande massa. A Teoria da Relatividade Geral reproduz corretamente todas as previsões validados da teoria de Newton, mas expande nossa compreensão de alguns dos princípios fundamentais. física newtoniana já havia a hipótese de que a gravidade operado através do espaço vazio, mas a teoria não tinha poder explicativo tanto quanto como a distância ea massa de um determinado objeto pode ser transmitida através do espaço.

O que é relatividade geral?

A relatividade geral é uma teoria científica que descreve como a matéria, a energia, o tempo e o 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 a 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.

O pressuposto básico da relatividade geral é que as forças causadas pela gravidade e as forças causadas pela aceleração são equivalentes. Se uma caixa fechada está sofrendo aceleração, nenhum experimento feito dentro da caixa pode dizer se a caixa está em repouso dentro de um campo gravitacional, ou está sendo acelerada através do espaço. Este 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 conseqüência mais importante do princípio de equivalência é que o espaço não pode ser euclidiano para todos os observadores. Em um espaço curvo, como uma folha empenada, as leis normais da geometria nem sempre são válidas. É possível no espaço curvo construir um triângulo cujos ângulos somam mais ou menos de 180 graus, ou desenhar duas linhas paralelas que se cruzam.

A relatividade especial torna-se cada vez mais precisa à medida que a curvatura do espaço-tempo vai para zero; se o espaço-tempo for plano, as duas teorias se tornam idênticas. Como a matéria curva o espaço é calculada usando as equações de campo de Einstein, que tomam 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 moverá em linha reta se você rolar 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 percorre 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 na vizinhança da Terra, fazendo com que se mova em uma órbita elíptica.

Como as forças gravitacionais e as forças de aceleração são totalmente equivalentes, todos os efeitos em um objeto em movimento rápido na relatividade especial também se aplicam a objetos profundos em campos gravitacionais.

Um objeto próximo a uma fonte de gravidade emitirá luz deslocada por Doppler, como se estivesse se afastando velozmente. Objetos próximos a fontes gravitacionais também parecem ter o tempo mais lento, e qualquer luz que entra será curvada pelo campo. Isso pode fazer com que uma forte fonte de gravidade dobre a luz como uma lente, trazendo objetos distantes para o foco; este fenômeno é freqüentemente encontrado na astronomia do céu profundo, onde uma galáxia irá dobrar a luz de outra para que várias imagens apareçam.

Teoria da Relatividade – História

Albert Einstein é considerado um dos maiores cientistas de todos os tempos. Três artigos seus publicados em 1905 foram transcendentais para o desenvolvimento da física e influíram o pensamento ocidental em geral.

Os artigos tratavam da natureza da luz, descreviam o movimento molecular e apresentavam a teoria da relatividade restrita.

Einstein é famoso por refletir continuamente nas hipóteses científicas tradicionais e tirar conclusões singelas às quais ninguém havia chegado antes.

Não se conhece tanto seu compromisso social, embora fosse um ardente pacifista e sionista. Na gravação, Einstein fala de Gandhi e elogia a não violência.

Einstein, Albert (1879-1955), físico alemão naturalizado americano. Premiado com o Nobel de Física em 1921, é famoso por ser autor das teorias especial e geral da relatividade e por suas idéias sobre a natureza corpuscular da luz. É provavelmente o físico mais conhecido do século XX.

Nasceu em Ulm em 14 de março de 1879 e passou sua juventude em Munique, onde sua família possuía uma pequena oficina de máquinas elétricas.

Desde muito jovem demonstrava excepcional curiosidade pela natureza e notável capacidade de entender os conceitos matemáticos mais complexos. Aos 12 anos já conhecia a geometria de Euclides.

Primeiras publicações científicas

Em 1905 doutorou-se pela Universidade de Zurique, na Suíça, com uma tese sobre as dimensões das moléculas. No mesmo ano, publicou quatro artigos teóricos de grande valor para o desenvolvimento da física.

No primeiro, sobre o movimento browniano, formulou predições importantes sobre o movimento aleatório das partículas dentro de um fluido, que foram comprovadas em experimentos posteriores. O segundo artigo, sobre o efeito fotoelétrico, antecipava uma teoria revolucionária sobre a natureza da luz.

Segundo Einstein, sob certas circunstâncias a luz se comportava como uma partícula. Também afirmou que a energia que era transportada por toda partícula de luz, que denominou fóton, era proporcional à freqüência da radiação. Isto era representado pela fórmula E = hu, onde E é a energia da radiação, h uma constante universal chamada constante de Planck e u é a freqüência da radiação.

Esta teoria postulava que a energia dos raios luminosos se transfere em unidades individuais chamadas quanta, contrariando as teorias anteriores que afirmavam que a luz era manifestação de um processo contínuo.

No terceiro trabalho, expôs a formulação inicial da teoria da relatividade que mais tarde o tornaria mundialmente conhecido; e no quarto e último trabalho, propôs uma fórmula para a equivalência entre massa e energia, a famosa equação E = mc², pela qual a energia E de uma quantidade de matéria, com massa m, é igual ao produto da massa pelo quadrado da velocidade da luz, representada por c.

A terceira publicação de Einstein, em 1905, Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento, tratava do que ficou conhecido como teoria especial da relatividade.

Esta teoria se baseava no princípio de que toda medição do espaço e do tempo é subjetiva.

Isto levou Einstein a desenvolver mais tarde uma teoria baseada em duas premissas: o princípio da relatividade, segundo o qual as leis físicas são as mesmas em todos os sistemas de inércia de referência, e o princípio da invariabilidade da velocidade da luz, o qual afirma que a luz se move com velocidade constante no vácuo.

A teoria geral da relatividade só foi publicada em 1916. De acordo com esta teoria, as interações entre dois corpos, que até então se atribuíam a forças gravitacionais, explicam-se pela influência de tais corpos sobre o espaço-tempo (espaço de quatro dimensões, uma abstração matemática em que o tempo se junta, como quarta dimensão, às três dimensões euclidianas).

Einstein no Brasil

Foi em Sobral, no Ceará, que, em maio de 1919, durante um eclipse solar, demonstrou-se que a luz das estrelas era atraída pelo Sol, confirmando-se as proposições da teoria da relatividade e espalhando a fama de Einstein pelo mundo.

Ele esteve duas vezes no Rio de Janeiro, a primeira, por poucas horas, em março de 1925, a caminho da Argentina.

Na segunda, de 4 a 12 de maio do mesmo ano, pronunciou duas conferências sobre a relatividade e uma sobre a teoria da luz.

Teoria da Relatividade – Resumo

Relatividade, teorias físicas abrangentes formadas pelo físico alemão Albert Einstein. Com suas teorias da relatividade especial (1905) e da relatividade geral (1915), Einstein derrubou muitos pressupostos subjacentes às teorias físicas anteriores, redefinindo no processo os conceitos fundamentais de espaço, tempo, matéria, energia e gravidade. Junto com a mecânica quântica, a relatividade é central para a física moderna.

Em particular, a relatividade fornece a base para a compreensão dos processos cósmicos e da geometria do próprio universo.

“Relatividade especial” é limitada a objetos que se movem em relação a quadros de referência inerciais – ou seja, em um estado de movimento uniforme em relação um ao outro, de modo que um observador não pode, por experimentos puramente mecânicos, distinguir um do outro. Começando com o comportamento da luz (e todas as outras radiações eletromagnéticas), a teoria da relatividade especial tira conclusões que são contrárias à experiência cotidiana, mas totalmente confirmadas por experimentos. A relatividade especial revelou que a velocidade da luz é um limite que pode ser abordado, mas não alcançado por qualquer objeto material; é a origem da equação mais famosa da ciência, E=mc²; e isso levou a outros resultados tentadores, como o “paradoxo dos gêmeos”.

A “relatividade geral” se preocupa com a gravidade, uma das forças fundamentais do universo. (Os outros são eletromagnetismo, a força forte e a força fraca.) A gravidade define o comportamento macroscópico e, portanto, a relatividade geral descreve fenômenos físicos em grande escala, como dinâmica planetária, nascimento e morte de estrelas, buracos negros e a evolução de o universo.

A relatividade especial e geral afetou profundamente a ciência física e a existência humana, de maneira mais dramática nas aplicações da energia nuclear e das armas nucleares. Além disso, a relatividade e seu repensar das categorias fundamentais de espaço e tempo forneceram uma base para certas interpretações filosóficas, sociais e artísticas que influenciaram a cultura humana de diferentes maneiras.

Fonte: www.allaboutscience.org/www.wisegeek.org/www.lucalm.hpg.ig.com.br/www.smithsonianmag.com/br.geocities.com