O século XX: revoluções na Física - Teoria da Relatividade Restrita - Uma abordagem nos livros do ensino médio

O século XX: revoluções na Física

O início do século XX foi marcado por duas grandes revoluções na Física: a primeira, introduzida por Albert Einstein (1879-1955), mostrou que os modelos da Física Clássica eram inadequados para descrever o mundo das grandes velocidades e que alguns conceitos antes considerados absolutos, como espaço e tempo, passaram a ser dependentes do estado de movimento dos corpos. Além disso, Einstein mostrou que era possível obter uma quantidade de energia gigantesca a partir da matéria, abrindo caminho para os processos de produção de energia nuclear. Infelizmente, todo esse novo conhecimento revelou também uma face assustadora, na forma de bombas atómicas. A segunda revolução, ocorrida na mesma época que a primeira e desencadeada pelos trabalhos de físicos como Max Planck (1858-1947), Niels Bohr (1885-1962) e Werner Heisenberg (1901-1976), também revelou outro limite da Física Clássica: o das escalas atómicas. Com a Mecânica Quântica, os físicos se tornaram capazes de investigar a composição da matéria com um detalhamento jamais imaginado, com o auxílio de aceleradores de partículas gigantescos, equipados com detectores cada vez mais sensíveis. Nesta unidade, vamos estudar as teorias que cientistas do século XX desenvolveram para explicar fenómenos ainda não explicados e para tornar compatíveis teorias antigas e novas.

A teoria da relatividade restrita

1   Introdução

Como perceberíamos um feixe de luz se pudéssemos acompanhá-lo na mesma velocidade? Albert Einstein fez-se essa pergunta ainda na adolescência, e a questão permaneceu em suas reflexões durante muitos anos. Quando conseguiu respondê-la, Einstein era um jovem físico de 26 anos e trabalhava em um escritório do serviço de patentes em Berna, Suíça. A resposta foi publicada em um artigo intitulado "Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento", na prestigiada revista científica alemã Annalen derPhysik. em 1905.0 artigo continha as bases da teoria que abalaria os alicerces até então sólidos e inquestionáveis da consagrada Mecânica newtoniana. A partir daí, conceitos como espaço e tempo nunca mais seriam interpretados da mesma forma. Einstein verificou que diferentes observadores que estejam em movimento uniforme uns em relação aos outros percebem de forma diferente nâo apenas o espaço, mas também a passagem do tempo. Essa constatação contraria totalmente a Física Clássica, para a qual o tempo é um conceito absoluto, ou seja, é visto da mesma forma por diferentes observadores que apresentem movimento relativo entre Si-

Essa revolução na Mecânica afetou também outras grandezas, como massa e energia, e ficou conhecida como teoria da relatividade restrita, pois, embora transformasse quantidades consideradas absolutas em quantidades relativas, era aplicada apenas a observadores que estivessem em movimento uniforme um em relação ao outro. Veremos nas próximas seções algumas das consequências da relatividade restrita, como o efeito da dilatação do tempo.

2   Teoria da relatividade restrita

Na época em que Einstein era estudante de Física, o Eletromagnetismo ainda não fazia parte do currículo universitário. Apesar dessa limitação, ele estudou com profundidade os trabalhos de James Clerk Maxwell e conseguiu perceber duas questões conflitantes entre o Eletromagnetismo e a Mecânica de Newton. A primeira se refere à pergunta feita no início deste capítulo: se um observador se movesse com a velocidade da luz e tentasse acompanhar um feixe de luz, como ele o veria?