Teoria da Relatividade

A Teoria da Relatividade foi criada pelo físico alemão Albert Einstein para tentar resolver alguns dos problemas que ainda existiam na Física do século XIX.

Essa teoria foi dividida em duas etapas: a primeira, que trata do movimento uniforme, foi publicada em 1905 e ficou conhecida como teoria da relatividade especial; a segunda, que trata do movimento acelerado e da gravitação, foi publicada em 1915 e ficou conhecida como teoria da relatividade geral.

De acordo com a Lei da Inércia, um corpo livre da ação de forças pode permanecer em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. No ramo da Mecânica, no entanto, este movimento é descrito em termos de um referencial, ou seja, em relação a um referencial, um corpo pode apresentar velocidade constante, ou esta velocidade pode ser variável em relação a outro referencial. A questão é: qual referencial devemos adotar?

No estudo da composição do movimento, haviam casos em que o movimento era descrito por observadores em diferentes referenciais, de modo que, se um referencial apresentasse velocidade constante, os outros também apresentariam. O mesmo acontece com a aceleração. Dessa forma, a Lei da Inércia é aplicada para qualquer um dos referenciais, ou para qualquer outro referencial que se mova com velocidade constante. Esses referenciais, que validam a Lei da Inércia, são denominados referenciais inerciais.

Um dos problemas que levou à criação da Teoria da Relatividade era sobre a falta de simetria observada em alguns dos fenômenos eletromagnéticos.

Considere a seguinte situação: uma pessoa (A) se encontra em repouso em relação ao solo e observa um vagão movendo-se em linha reta e em velocidade constante. Dentro desse vagão, encontra-se uma outra pessoa (B) segurando duas esferas eletricamente carregadas (x e y), de modo que as duas esferas estão unidas por meio de uma reta perpendicular à direção da velocidade do vagão. A figura abaixo ilustra essa situação:

No caso acima, as esferas se encontram em repouso em relação ao indivíduo B, existindo, assim, um par de forças eletrostáticas entre as esferas, dada pela Lei de Coulomb. Já em relação ao indivíduo A, as esferas movem-se em trajetórias paralelas com a velocidade v, existindo entre as esferas as forças dadas pela Lei de Coulomb e também um par de forças magnéticas. Essa situação mostra como a força resultante em cada uma das esferas irá depender do observador.

Isso comprova que as leis do Eletromagnetismo, diferentemente das leis da Mecânica, dependem do referencial.

Para solucionar o problema da situação, Einstein publicou, em 1905, um trabalho intitulado “Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento”, que continha dois postulados.

O primeiro deles foi o princípio de relatividade, que afirma que as leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. Esse postulado era válido tanto para as leis da Mecânica quanto para as leis do Eletromagnetismo.

O segundo postulado era sobre a velocidade da luz, e afirma que no vácuo, a velocidade da luz apresenta o mesmo valor c em qualquer referencial inercial, não dependendo da velocidade da fonte da luz.

Em 1915, Einstein publicou a teoria da relatividade geral, cujo objetivo era analisar as leis da Física em referenciais acelerados e desenvolver uma teoria sobre a gravitação.

Segundo Einstein, a luz, assim como as ondas eletromagnéticas em geral, sofre atração pelos corpos, que se deve à massa do corpo. Porém, esse efeito é muito pequeno, logo, só pode ser observado quando a luz passa perto de corpos de massa elevada, como o Sol.

De acordo com a teoria da relatividade geral, há um espaço-tempo que é deformado pelos corpos que possuem massa elevada. A luz continua tendo seu percurso em linha reta, no entanto, as “retas” na nova geometria do espaço-tempo diferem do espaço cartesiano com o qual estamos acostumados. A geodésia trata-se da menor distância entre dois pontos, e Einstein notou que, por causa do efeito da gravidade, as geodésias são curvas no espaço-tempo.